EP2317407A1 - Système de fixation d'une pièce sans chassage ni collage - Google Patents

Système de fixation d'une pièce sans chassage ni collage Download PDF

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EP2317407A1
EP2317407A1 EP09174421A EP09174421A EP2317407A1 EP 2317407 A1 EP2317407 A1 EP 2317407A1 EP 09174421 A EP09174421 A EP 09174421A EP 09174421 A EP09174421 A EP 09174421A EP 2317407 A1 EP2317407 A1 EP 2317407A1
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EP
European Patent Office
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axis
recess
fastening system
hole
fastening
Prior art date
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Withdrawn
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EP09174421A
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Inventor
Pierre Cusin
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Nivarox Far SA
Nivarox SA
Original Assignee
Nivarox Far SA
Nivarox SA
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton
    • G04B17/34—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton for fastening the hairspring onto the balance
    • G04B17/345—Details of the spiral roll
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G04B13/021—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots elastic fitting with a spindle, axis or shaft
    • G04B13/022—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots elastic fitting with a spindle, axis or shaft with parts made of hard material, e.g. silicon, diamond, sapphire, quartz and the like
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining
    • Y10T29/49947—Assembling or joining by applying separate fastener
    • Y10T29/49959—Nonresilient fastener
    • Y10T29/49961—At least one part nonmetallic

Definitions

  • the invention relates to a fastening system of a piece of material having no usable plastic field, that is to say which is not huntable and, more particularly, such a piece made of a material to silicon base.
  • the object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages mentioned above by proposing a system for fixing a piece of material having no plastic field usable on an axis that does not use either the driving or gluing.
  • the invention relates to a fastening system for a piece of material having no usable plastic field, comprising a fastening device on an axis passing through a hole in said part, characterized in that the fastening device comprises a recess communicating with the hole of said piece and securing means attached to the axis and at least partially conforming to the shape of the recess in order to make integral the movement of the workpiece with that of the axis.
  • the invention also relates to a timepiece characterized in that it comprises a fastening system according to one of the preceding variants.
  • the invention will be explained from a balance spring-spiral resonator generally annotated 1.
  • the invention may also for example apply to a mobile or an anchor in or outside the field of watchmaking.
  • the spring-balance resonator 1 comprises a pivot axis 3, a rocker 5 and a spiral 7 and a fastening system 9.
  • the pivot axis 3, which can also be called the axis of balance in the example of the figure 1 , is used to rotate the balance 5 and the spiral 7 between two bearings, for example arranged respectively in a bridge and a plate (not shown).
  • the figure 2 shows an enlarged view of the hairspring 7 which, for the explanation below, is a piece of material having no usable plastic range, such as, for example, crystalline silicon, crystalline silica, crystalline alumina, silicon nitride or even silicon carbide.
  • the rocker 5 can also be made of such a material and, therefore, also be mounted on the axis 3 by means of a second fastening system 9.
  • the spiral 7 comprises a ferrule 2 mounted in one piece.
  • a spiral 7 may for example be obtained from a wafer which, by photolithography of a photosensitive resin and then an attack of parts of the wafer not containing resin, is etched in all the thickness.
  • the fastening system 9 is intended to secure the spiral 7 with the axis 3.
  • the fastening system 9 comprises a fastening device 11 having a recess 4 and securing means 6.
  • the recess 4 in the example of the figure 2 communicates with the pinhole 8 of the shell 2.
  • the recess 4 thus forms a slope 10 between the substantially vertical inner wall of the pinhole 8 and the substantially horizontal upper surface of the shell 2 as best illustrated in FIG. figure 4 .
  • the securing means 6 are intended to attach to the axis 3 and to marry at least partially the shape of the recess 4.
  • the securing means 6 comprise an addition of metal material which, according to three embodiments can be obtained by a partial melting of the axis 3 or by melting of a solder or by a hot fitting of said metallic material in amorphous form.
  • the hardening of the addition of material makes it possible to attach the axis 3 preferentially metallic but also to form a tenon cooperating with the recess 4, which then acts as a mortise.
  • the securing means 6 did not need to attach to the shell 2 but only to the axis 3.
  • the rotational movement of the axis 3, which makes print a same movement to the means 6, also mechanically causes the ferrule 2, that is to say the spiral 7, by said tenon-mortise connection. Therefore, advantageously according to the invention, the spiral 7 material having no usable plastic field is not solicited in its field of plastic.
  • the securing device 11 further comprises a flange 13 mounted on the axis 3 to serve as a scope for the spiral 7 at its ferrule 2.
  • this configuration allows the ferrule 2 to be blocked relative to the length of the axis 3 by contact between the collar 13 forming the bearing and the fastening means 6 forming tenon.
  • a first step a the process begins with the manufacture of the part 7 with a hole 8 intended to receive the axis 3 and a recess 4 communicating with the hole 8 as illustrated in FIG. figure 2 .
  • a second step b) which can be performed before, during or after step a
  • the process continues with the manufacture of the axis 3 preferably with the bearing surface 13.
  • a third step c) the process continues with the assembly of the axis 3 in the hole 8 of the spiral 7, preferably up to the stop against the flange 13 of the axis 3.
  • the method then comprises a fourth step d) intended to fill the recess 4 by the securing means 6, such as for example, a metallic material so that it matches the shape of the recess and part of the outer diameter of the axis 3.
  • the process ends with a fifth and last step e) intended to harden the metallic material in order to secure the hairspring 7 with the pin 3.
  • step d) is carried out by a localized fusion of the axis 3, that is to say that a partial melting of the axis 3 at the level of the zone 12 is performed to that a liquid rendered portion of the axis 3 flows into the recess 4 as illustrated in FIGS. Figures 4 and 5 .
  • a melting of step d) is preferably carried out by high energy radiation by means of, for example, a laser source.
  • step d) is carried out by the melting of a solder, that is to say that a melting of a metallic material between the zone 12 and the recess 4 is carried out for it is made liquid and flows into the recess 4 similarly to the first embodiment.
  • a fusion according to the second embodiment is also preferably carried out by high energy radiation by means of, for example, a laser source.
  • step d) is carried out by hot pressing said metal material in amorphous form, that is to say that the metallic material is heated between its glass transition temperature and that of crystallization and then pressed in the recess 4 so that it adopts the imprint of said recess 4.
  • the cooling of the securing means 6 allows them to be attached to the axis 3 and to form said tenon which will make it possible to drive the spiral 7 via its ferrule 2.
  • the part that is to say the spiral 7 is made of material having no usable plastic field, it is possible to make it integral with an axis 3 without having to hunt or to do a collage.
  • the present invention is not limited to the illustrated example but is susceptible of various variations and modifications that will occur to those skilled in the art.
  • the slope 10 may be replaced by a vertical wall and a horizontal wall, that is to say that the recess 4 has a bottom substantially parallel to the upper surface that the ferrule 2.
  • the part in the example above is a spring 7 whose ferrule 2 has the hole 8 and the recess 4
  • the invention is perfectly applicable to a movable type part whose hub has the hole and the recess or to an exhaust anchor piece whose rod has the hole and the recess.
  • these examples relate to the field of watchmaking however, the invention can be applied to other fields.

Landscapes

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Abstract

L'invention se rapporte à un système de fixation (9) d'une pièce (7) en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable comportant un dispositif de solidarisation (11) sur un axe (3) traversant un trou (8) de ladite pièce. Selon l'invention, le dispositif de solidarisation (11) comporte un évidement (4) communiquant avec le trou (8) de ladite pièce et des moyens de solidarisation (6) attachés à l'axe (3) et épousant au moins partiellement la forme de l'évidement (4) afin de rendre solidaire le mouvement de la pièce (7) avec celui de l'axe (3). L'invention concerne le domaine de la fabrication de pièce d'horlogerie.

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention se rapporte à un système de fixation d'une pièce en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable, c'est-à-dire qui n'est pas chassable et, plus particulièrement, une telle pièce composée en un matériau à base de silicium.
    • Arrière plan de l'invention
  • Il est connu dans l'horlogerie de monter des pièces sur des axes par chassage, c'est-à-dire par déformation plastique de la pièce et/ou de l'axe. Avec l'avènement des pièces en silicium, il devient impossible de les fixer sur des axes par chassage sous peine de les briser. Dans les productions actuelles, on utilise par exemple un matériau adhésif du type colle polymère pour solidariser les pièces silicium sur leurs axes ou un autre système de blocage impliquant une troisième pièce mécanique. Cependant, ces solutions ne sont pas satisfaisantes car, pour la première solution, le vieillissement des matériaux adhésifs est aléatoire et parfois très prématuré et, pour la deuxième solution, trop complexe à mettre en oeuvre.
    • Résumé de l'invention
  • Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un système de fixation d'une pièce en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable sur un axe qui n'a recours ni au chassage ni au collage.
  • A cet effet, l'invention se rapporte à un système de fixation d'une pièce en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable comportant un dispositif de solidarisation sur un axe traversant un trou de ladite pièce caractérisé en ce que le dispositif de solidarisation comporte un évidement communiquant avec le trou de ladite pièce et des moyens de solidarisation attachés à l'axe et épousant au moins partiellement la forme de l'évidement afin de rendre solidaire le mouvement de la pièce avec celui de l'axe.
  • Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
    • les moyens de solidarisation comportent un ajout de matière métallique ;
    • l'ajout de matière métallique est obtenu par une fusion partielle dudit axe ou par fusion d'une brasure ou par emmanchement à chaud de ladite matière métallique sous forme amorphe ;
    • le dispositif de solidarisation comporte de plus une collerette montée sur l'axe afin de servir de portée pour ladite pièce ;
    • le matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable est à base de silicium.
  • L'invention se rapporte également à une pièce d'horlogerie caractérisée en ce qu'elle comporte un système de fixation selon l'une des variantes précédentes.
  • Enfin, l'invention se rapporte à un procédé de fixation d'une pièce en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable sur un axe caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    1. a) fabriquer la pièce avec un trou destiné à recevoir ledit axe et un évidement communiquant avec le trou ;
    2. b) fabriquer ledit axe ;
    3. c) assembler l'axe dans le trou de la pièce ;
    4. d) remplir l'évidement par un matériau métallique afin qu'il épouse la forme de l'évidement et une partie du diamètre extérieur dudit axe ;
    5. e) durcir le matériau métallique afin de solidariser la pièce avec l'axe.
  • Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
    • l'étape d) est réalisée par une fusion localisée de l'axe ou par une fusion d'une brasure au moyen d'un rayonnement haute énergie ;
    • l'étape d) est réalisée par emmanchement à chaud dudit matériau métallique sous forme amorphe ;
    • que l'étape c) continue jusqu'à ce que la pièce bute contre une collerette de l'axe formée lors de l'étape b) ;
    • le matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable est à base de silicium.
    Description sommaire des dessins
  • D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une représentation d'un résonateur balancier-spiral selon l'invention ;
    • la figure 2 est une représentation d'un spiral selon l'invention ;
    • la figure 3 est une représentation partielle de la figure 2 ;
    • la figure 4 est une représentation en coupe de la figure 3 ;
    • la figure 5 est une représentation similaire à la figure 4 dans laquelle est montré un dispositif de fixation selon l'invention.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • Dans l'exemple illustré à la figure 1, l'invention sera expliquée à partir d'un résonateur balancier-spiral généralement annoté 1. Cependant, l'invention peut également par exemple s'appliquer à un mobile ou une ancre dans ou en dehors du domaine de l'horlogerie.
  • Le résonateur balancier-spiral 1 comporte un axe de pivotement 3, un balancier 5 et un spiral 7 ainsi qu'un système de fixation 9. L'axe de pivotement 3, qui peut également être dénommé axe de balancier dans l'exemple de la figure 1, est utilisé pour monter à rotation le balancier 5 et le spiral 7 entre deux paliers par exemple aménagés respectivement dans un pont et une platine (non représentés).
  • La figure 2 présente une vue agrandie du spiral 7 qui, pour l'explication ci-dessous, est une pièce en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable comme, par exemple, du silicium cristallin, de la silice cristalline, de l'alumine cristalline, du nitrure de silicium ou même du carbure de silicium. Cependant, le balancier 5 peut également être fabriqué d'un tel matériau et, par conséquent, être également monté sur l'axe 3 à l'aide d'un deuxième système de fixation 9.
  • Préférentiellement, le spiral 7 comporte une virole 2 montée en une seule pièce. Un tel spiral 7 peut par exemple être obtenu à partir d'une plaquette qui, par photolithographie d'une résine photosensible puis d'une attaque des parties de la plaquette ne comportant pas de résine, est gravée selon toute l'épaisseur.
  • Selon l'invention, le système de fixation 9 est destiné à solidariser le spiral 7 avec l'axe 3. Ainsi, le système de fixation 9 comporte un dispositif de solidarisation 11 comportant un évidement 4 et des moyens de solidarisation 6. L'évidement 4 dans l'exemple de la figure 2 communique avec le trou d'axe 8 de la virole 2. L'évidement 4 forme ainsi une pente 10 entre la paroi interne sensiblement verticale du trou d'axe 8 et la surface supérieure sensiblement horizontale de la virole 2 comme mieux illustré à la figure 4.
  • Les moyens de solidarisation 6 sont destinés à s'attacher à l'axe 3 et à épouser au moins partiellement la forme de l'évidement 4. Préférentiellement, les moyens de solidarisation 6 comportent un ajout de matière métallique qui, selon trois modes de réalisation, peut être obtenu par une fusion partielle de l'axe 3 ou par fusion d'une brasure ou encore par un emmanchement à chaud de ladite matière métallique sous forme amorphe.
  • Ainsi, comme visible à la figure 5, le durcissement de l'ajout de matière permet d'attacher l'axe 3 préférentiellement métallique mais également de former un tenon coopérant avec l'évidement 4, lequel agit alors comme une mortaise.
  • On comprend donc que les moyens de solidarisation 6 n'ont pas nécessité à s'attacher à la virole 2 mais uniquement à l'axe 3. Toutefois, le déplacement à rotation de l'axe 3, qui fait imprimer un même mouvement aux moyens de solidarisation 6, entraîne également mécaniquement la virole 2, c'est-à-dire la spiral 7, par ladite liaison tenon - mortaise. Par conséquent, avantageusement selon l'invention, le spiral 7 en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable n'est pas sollicitée dans son domaine plastique.
  • De manière préférée, le dispositif de solidarisation 11 comporte en outre une collerette 13 montée sur l'axe 3 afin de servir de portée pour le spiral 7 au niveau de sa virole 2. En effet, cette configuration permet à la virole 2 d'être bloquée par rapport à la longueur de l'axe 3 par contact entre la collerette 13 formant portée et les moyens de solidarisation 6 formant tenon.
  • Les trois modes de réalisation du procédé de fabrication vont maintenant être expliqué. Selon une première étape a), le procédé commence par la fabrication de la pièce 7 avec un trou 8 destiné à recevoir l'axe 3 et un évidement 4 communiquant avec le trou 8 comme illustré à la figure 2.
  • Selon une deuxième étape b) qui peut être réalisée avant, pendant ou après l'étape a), le procédé se poursuit avec la fabrication l'axe 3 préférentiellement avec la portée 13. Dans une troisième étape c), le procédé continue avec l'assemblage de l'axe 3 dans le trou 8 du spiral 7, préférentiellement, jusqu'à butée contre la collerette 13 de l'axe 3.
  • Le procédé comporte ensuite une quatrième étape d) destinée à remplir l'évidement 4 par les moyens de solidarisation 6 comme, par exemple, un matériau métallique afin qu'ils épouse la forme de l'évidement et une partie du diamètre extérieur de l'axe 3. Enfin, le procédé se termine avec une cinquième et dernière étape e) destinée à durcir le matériau métallique afin de solidariser le spiral 7 avec l'axe 3.
  • Selon un premier mode de réalisation, l'étape d) est réalisée par une fusion localisée de l'axe 3, c'est-à-dire qu'une fusion partielle de l'axe 3 au niveau de la zone 12 est effectuée pour qu'une partie rendue liquide de l'axe 3 s'écoule dans l'évidement 4 comme illustré aux figures 4 et 5. Une telle fusion de l'étape d) est, de manière préférée, réalisée par un rayonnement haute énergie au moyen, par exemple, d'une source laser.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, l'étape d) est réalisée par la fusion d'une brasure, c'est-à-dire qu'une fusion d'un matériau métallique entre la zone 12 et l'évidement 4 est effectuée pour qu'elle soit rendue liquide et s'écoule dans l'évidement 4 de manière similaire au premier mode de réalisation. Une telle fusion selon le deuxième mode de réalisation est, également de manière préférée, réalisée par un rayonnement haute énergie au moyen, par exemple, d'une source laser.
  • Selon un troisième mode de réalisation, l'étape d) est réalisée par emmanchement à chaud dudit matériau métallique sous forme amorphe, c'est-à-dire que le matériau métallique est chauffé entre sa température de transition vitreuse et celle de cristallisation puis pressé dans l'évidement 4 afin qu'il adopte l'empreinte dudit évidement 4.
  • Ainsi, quel que soit le mode de réalisation utilisé, lors de la cinquième et dernière étape e), le refroidissement des moyens de solidarisation 6 permet de les attacher à l'axe 3 et de former ledit tenon qui permettra d'entraîner à rotation le spiral 7 via sa virole 2. Ainsi, avantageusement, même si la pièce c'est-à-dire le spiral 7 est en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable, il est possible de la rendre solidaire d'un axe 3 sans avoir à la chasser ou à effectuer un collage.
  • Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la pente 10 peut être remplacée par une paroi verticale et une paroi horizontale, c'est-à-dire que l'évidement 4 comporte un fond sensiblement parallèle à la surface supérieure que la virole 2.
  • On comprend également que si la pièce dans l'exemple ci-dessus est un spiral 7 dont la virole 2 comporte le trou 8 et l'évidement 4, l'invention est parfaitement applicable à une pièce du type mobile dont le moyeu comporte le trou et l'évidement ou encore à une pièce du type ancre d'échappement dont la baguette comporte le trou et l'évidement. Comme expliqué ci-dessus, ces exemples concernent le domaine de l'horlogerie cependant, l'invention peut être appliquée à d'autres domaines.

Claims (15)

  1. Système de fixation (9) d'une pièce (7) en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable comportant un dispositif de solidarisation (11) sur un axe (3) traversant un trou (8) de ladite pièce caractérisé en ce que le dispositif de solidarisation (11) comporte un évidement (4) communiquant avec le trou (8) de ladite pièce et des moyens de solidarisation (6) attachés à l'axe (3) et épousant au moins partiellement la forme de l'évidement (4) afin de rendre solidaire le mouvement de la pièce (7) avec celui de l'axe (3).
  2. Système de fixation (9) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de solidarisation (6) comportent un ajout de matière métallique.
  3. Système de fixation (9) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'ajout de matière métallique est obtenu par une fusion partielle dudit axe.
  4. Système de fixation (9) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ajout de matière métallique est obtenu par fusion d'une brasure.
  5. Système de fixation (9) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ajout de matière métallique est obtenu par emmanchement à chaud de ladite matière métallique sous forme amorphe.
  6. Système de fixation (9) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de solidarisation (11) comporte de plus une collerette (13) montée sur l'axe (3) afin de servir de portée pour ladite pièce.
  7. Système de fixation (9) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable est à base de silicium.
  8. Pièce d'horlogerie caractérisée en ce qu'elle comporte un système de fixation (9) selon l'une des revendications précédentes.
  9. Procédé de fixation d'une pièce (7) en matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable sur un axe (3) caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
    a) fabriquer la pièce (7) avec un trou (8) destiné à recevoir ledit axe et un évidement (4) communiquant avec le trou (8) ;
    b) fabriquer ledit axe ;
    c) assembler l'axe (3) dans le trou (8) de la pièce (7) ;
    d) remplir l'évidement (4) par un matériau métallique (6) afin qu'il épouse la forme de l'évidement (4) et une partie du diamètre extérieur dudit axe ;
    e) durcir le matériau métallique (6) afin de solidariser la pièce (7) avec l'axe (3).
  10. Procédé de fixation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape d) est réalisée par une fusion localisée de l'axe (3).
  11. Procédé de fixation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape d) est réalisée par une fusion d'une brasure.
  12. Procédé de fixation selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la fusion de l'étape d) est réalisée au moyen d'un rayonnement haute énergie.
  13. Procédé de fixation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape d) est réalisée par emmanchement à chaud dudit matériau métallique sous forme amorphe.
  14. Procédé de fixation selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le matériau ne possédant pas de domaine plastique utilisable est à base de silicium.
  15. Procédé de fixation selon l'une des revendications 9 à 14 caractérisé en ce que l'étape c) continue jusqu'à ce que la pièce bute contre une collerette (13) de l'axe (3) formée lors de l'étape b).
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