JP2006306284A - 空気入りタイヤ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 多孔質材料からなる吸音材の接着性を向上することを可能にした空気入りタイヤ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散している熱可塑性エラストマー組成物からなる樹脂層4をタイヤ内面の少なくとも一部に形成し、多孔質材料からなる吸音材5を樹脂層4の上に配置し、熱可塑性樹脂からなる係止部材7を吸音材5を通して樹脂層4に対して熱融着する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、吸音材を備えた空気入りタイヤ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、多孔質材料からなる吸音材の接着性を向上することを可能にした空気入りタイヤ及びその製造方法に関する。
空気入りタイヤにおいて、騒音を発生させる原因の一つにタイヤ内部に充填された空気の振動による空洞共鳴音がある。この空洞共鳴音は、タイヤを転動させたときにトレッド部が路面の凹凸によって振動し、トレッド部の振動がタイヤ内部の空気を振動させることによって生じるのである。
このような空洞共鳴現象による騒音を低減する手法として、タイヤとホイールのリムとの間に形成される空洞部内に吸音材を配設することが提案されている。(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、吸音材をホイールのリム外周面に貼り付ける場合、吸音材がリム組み作業を阻害することになる。一方、吸音材をタイヤ内面に貼り付ける場合、耐久性の面で問題がある。つまり、発泡ポリウレタンのような多孔質材料からなる吸音材をゴム系接着剤や粘着テープを用いてタイヤ内面に固定した場合、その接着力が不足して吸音材がタイヤ内面から脱落することがある。
特開昭64−78902号公報
本発明の目的は、多孔質材料からなる吸音材の接着性を向上することを可能にした空気入りタイヤ及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を解決するための本発明の空気入りタイヤは、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散している熱可塑性エラストマー組成物からなる樹脂層をタイヤ内面の少なくとも一部に形成し、多孔質材料からなる吸音材を前記樹脂層の上に配置し、熱可塑性樹脂からなる係止部材を前記吸音材を通して前記樹脂層に対して熱融着したことを特徴とするものである。
また、上記目的を解決するための本発明の空気入りタイヤの製造方法は、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させてなる熱可塑性エラストマー組成物からなる樹脂層をタイヤ内面の少なくとも一部に備えた空気入りタイヤを加硫した後、多孔質材料からなる吸音材を前記樹脂層の上に配置し、熱可塑性樹脂からなる係止部材を前記吸音材を通して前記樹脂層に対して熱融着するようにしたことを特徴とするものである。
本発明では、タイヤ内面に熱可塑性樹脂をマトリックスとする樹脂層を形成する一方で、吸音材を樹脂層の上に配置し、熱可塑性樹脂からなる係止部材を吸音材を通して樹脂層に対して熱融着する。そのため、吸音材が発泡ポリウレタンのような熱硬化性樹脂から構成される場合であっても、吸音材をタイヤ内面に対して強固に固定することができる。このような熱融着による固定は、ゴム系接着剤や粘着テープによる固定に比べて接着力が強く、多孔質材料からなる吸音材の接着状態を長期間にわたって良好に維持することができる。従って、吸音材に基づく騒音低減効果を長期間にわたって持続することができる。
係止部材の構成材料は樹脂層に含まれる樹脂と同種の熱可塑性樹脂であることが好ましいが、係止部材の融点と樹脂層の融点との差が20℃以下であれば良い。両者の融点が互いに近似していれば熱融着が容易である。一方、吸音材の多孔質材料は発泡ポリウレタンであると良い。つまり、発泡ポリウレタンは良好な吸音特性を呈するため吸音材の構成材料として好適である。
本発明の空気入りタイヤにおいて、樹脂層は吸音材を装着するための基材としてタイヤ内面の一部に形成しても良いが、素材を有効に活用するために樹脂層を空気透過防止層としてタイヤ内面の全面に形成することが好ましい。また、係止部材と樹脂層との熱融着部はタイヤ周方向に間隔をあけて配置し、その間隔Hを吸音材の幅Wに対して0.2W≦H≦4Wの関係にすることが好ましい。これにより、最小限の加工で良好な耐久性を確保することができる。
本発明の空気入りタイヤの製造方法において、係止部材と樹脂層との熱融着には超音波溶着機を用いることが好ましい。このような超音波溶着機を用いた場合、係止部材と樹脂層を局部的に加熱することができるので、加工性と耐久性のバランスが優れている。また、超音波溶着機の加振用ホーンとして、先端の幅方向両端部に面取りを施した加振用ホーンを採用すれば、係止部材に白化現象が生じるのを抑制し、耐久性が更に向上する。
以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示すものである。図1において、空気入りタイヤは、トレッド部1と、左右一対のビード部2と、これらトレッド部1とビード部2とを互いに連接するサイドウォール部3とを備えている。空気入りタイヤの内面には、その全域にわたって空気透過防止層として樹脂層4が形成されている。この樹脂層4は、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散している熱可塑性エラストマー組成物から構成されている。
図1に示すように、トレッド部1の内面には、多孔質材料からなる吸音材5が装着されている。吸音材5は多数の内部セルを有し、その多孔質構造に基づく所定の吸音特性を有している。吸音材5の多孔質材料としては発泡ポリウレタンを用いると良い。吸音材5と樹脂層4との固定手段としては、熱可塑性樹脂製の板状の係止部材7(係止板又は係止チップ)を用いた熱融着が採用されている。即ち、吸音材5は樹脂層4の上に配置され、係止部材7が吸音材5を通して樹脂層4に対して熱融着されている。熱融着部は、タイヤ周上の1箇所でも良いが、好ましくは複数箇所、更に好ましくは4箇所以上とし、タイヤ周方向に等間隔で配置するのが良い。
係止部材7の構成材料は樹脂層4に含まれる樹脂と同種の熱可塑性樹脂であることが好ましい。樹脂層4がマトリックスとして複数種類の樹脂を含む場合、係止部材7の構成材料は樹脂層4に含まれる樹脂の一つと同種であれば良い。係止部材7の融点と樹脂層4の融点は、熱融着を容易にするために互いに近似していることが望ましいが、その融点差が20℃以下であれば良い。係止部材7の融点と樹脂層4の融点との差は、好ましくは10℃以下、更に好ましくは5℃以下とする。
図2(a)〜(c)は係止部材と樹脂層との熱融着方法の一例を示すものである。先ず、図2(a)に示すように、吸音材5を樹脂層4の上に配置し、更に吸音材5の上に熱可塑性樹脂製の板状の係止部材7を配置する。次に、図2(b)に示すように、超音波溶着機の加振用ホーン11を係止部材7に押し付け、係止部材7を折り曲げた状態にし、その折り曲げられた先端部分を局部的に加熱する。これにより、図2(c)に示すように、吸音材5を通して係止部材7と樹脂層4とを熱融着して熱融着部8を形成する。
超音波溶着機を用いた熱融着において、加振用ホーン11の形状は特に限定されるものではないが、例えば、図3〜図5に示すような形状のものを採用することができる。図3において、加振用ホーン11は、先端が鋭利な直線状に加工されている。図4において、加振用ホーン11は、先端が細長い矩形面に加工されている。図5において、加振用ホーン11は、先端が細長い矩形面に加工され、更に先端の幅方向両端部に面取り部11aが形成されている。図6は、図5に示す加振用ホーンの側面図である。面取り部11aの曲率半径は2mm以上であると良い。加振用ホーン11の先端の幅方向両端部に面取りを施すことにより、加振用ホーン11に押圧に起因して係止部材7に白化現象が生じるのを抑制することができる。
超音波溶着機を用いた熱融着に際して、係止部材7の寸法及び形状は特に限定されるものではない。係止部材7の形状は、例えば、四角形とすれば良いが、その場合、角に丸みを付けると良い。これにより、係止部材7による吸音材5の損傷を軽減することができる。また、図7に示すように、樹脂層4に対して熱融着された状態で、係止部材7の端部と吸音材5の上面とのクリアランスCは、0.5mm≦C≦8.0mmにすることが好ましい。クリアランスCが0.5mm未満であると係止部材7による吸音材5の損傷を生じ易くなり、逆に8.0mmを超えてもそれ以上の効果は得られない。吸音材5には、係止部材7を配置する部位に、図8に示すような切り欠き部5aや図9に示すような切れ目5bを設けるようにしても良い。
上記空気入りタイヤでは、タイヤ内面に熱可塑性樹脂をマトリックスとする樹脂層4を形成する一方で、吸音材5を樹脂層4の上に配置し、熱可塑性樹脂製の係止部材7を吸音材5を通して樹脂層4に対して熱融着しているため、吸音材5が発泡ポリウレタンのような熱硬化性樹脂から構成される場合であっても、吸音材5を樹脂層4に対して強固に固定することができる。熱融着による固定は、ゴム系接着剤や粘着テープによる固定に比べて接着力が強く、多孔質材料からなる吸音材5の接着性を向上することができる。
図10はタイヤ内面に装着された吸音材を平面上に展開した状態を示すものである。図10に示すように、係止部材7と樹脂層4との熱融着部8はタイヤ周方向に間隔(ピッチ)をあけて配置し、その間隔Hを吸音材5の幅Wに対して0.2W≦H≦4Wの関係にすると良い。0.2W>Hであると熱融着時の作業性が低下し、逆にH>4Wであると樹脂層4に対する吸音材5の接合状態が不安定になる。なお、熱融着部8の位置は必ずしも等間隔である必要はない。また、係止部材7の長さLt(熱融着前の寸法)は吸音材5の厚さの50〜200%の範囲であれば良い。更に、係止部材7の厚さは樹脂層4の厚さの50〜150%の範囲にあれば良い。
図11及び図12はタイヤ内面に装着された吸音材の取り付け構造の変形例をそれぞれ平面上に展開した状態を示すものである。図11において、係止部材7は樹脂層4に沿ってタイヤ周方向に連続的に延在しており、この係止部材7が複数の熱融着部8を介して樹脂層4に固定されている。図12では、図11と同様に係止部材7が樹脂層4に沿ってタイヤ周方向に連続的に延在しているが、係止部材7の長さに余裕を持たせている。
図13及び図14はタイヤ内面に装着された吸音材の変形例をそれぞれ平面上に展開した状態を示すものである。図13及び図14に示すように、吸音材5を複数の分割片から構成し、これら分割片を樹脂層4に沿ってタイヤ周方向に並べるようにしても良い。この場合、吸音材5の各分割片を樹脂層4に対して少なくとも2箇所で熱融着することが好ましい。
以下、タイヤ内面に形成される樹脂層の構成材料について詳細に説明する。この樹脂層は、上述した通り、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散している熱可塑性エラストマー組成物から構成される。特に、樹脂層を空気透過防止層としてタイヤ内面の全域にわたって形成する場合、樹脂層の構成材料として熱可塑性エラストマー組成物を用いると良い。
熱可塑性エラストマー組成物の熱可塑性樹脂成分としては、ヤング率が500MPa超、好ましくは500〜3000MPaの任意の熱可塑性樹脂を用いることができ、その配合量は樹脂及びエラストマーを含むポリマー成分の合計重量当り10重量%以上、好ましくは20〜85重量%である。
そのような熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂〔例えばナイロン6(N6)、ナイロン66(N66)、ナイロン46(N46)、ナイロン11(N11)、ナイロン12(N12)、ナイロン610(N610)、ナイロン612(N612)、ナイロン6/66共重合体(N6/66)、ナイロン6/66/610共重合体(N6/66/610)、ナイロンMXD6、ナイロン6T、ナイロン6/6T共重合体、ナイロン66/PP共重合体、ナイロン66/PPS共重合体〕、ポリエステル系樹脂〔例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンイソフタレート(PEI)、ポリブチレンテレフタレート/テトラメチレングリコール共重合体、PET/PEI共重合体、ポリアリレート(PAR)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、液晶ポリエステル、ポリオキシアルキレンジイミドジ酸/ポリブチレンテレフタレート共重合体などの芳香族ポリエステル〕、ポリニトリル系樹脂〔例えばポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル/スチレン共重合体(AS)、メタクリロニトリル/スチレン共重合体、メタクリロニトリル/スチレン/ブタジエン共重合体〕、ポリ(メタ)アクリレート系樹脂〔例えばポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリメタクリル酸エチル、エチレンエチルアクリレート共重合体(EEA)、エチレンアクリル酸共重合体(EAA)、エチレンメチルアクリレート樹脂(EMA)〕、ポリビニル系樹脂〔例えば酢酸ビニル(EVA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ビニルアルコール/エチレン共重合体(EVOH)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、塩化ビニル/塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン/メチルアクリレート共重合体〕、セルロース系樹脂〔例えば酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース〕、フッ素系樹脂〔例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリクロルフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフロロエチレン/エチレン共重合体(ETFE)〕、イミド系樹脂〔例えば芳香族ポリイミド(PI)〕などを挙げることができる。これら熱可塑性樹脂はエラストマー成分を含まない単独の樹脂材料として用いても良い。
熱可塑性エラストマー組成物のエラストマー成分としては、ヤング率が500MPa以下の任意のエラストマー又は該エラストマーの分散性や耐熱性などの改善のために補強剤、充填剤、架橋剤、軟化剤、老化防止剤、加工助剤などの配合剤を必要量添加したエラストマー組成物を用いることができ、その配合量は樹脂及びエラストマーを含むポリマー成分の合計重量当り10重量%以上、好ましくは10〜80重量%である。
そのようなエラストマーとしては、例えば、ジエン系ゴム及びその水素添加物〔例えばNR、IR、エポキシ化天然ゴム、SBR、BR(高シスBR及び低シスBR)、NBR、水素化NBR、水素化SBR〕、オレフィン系ゴム〔例えばエチレンプロピレンゴム(EPDM、EPM)、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム(M−EPM)〕、ブチルゴム(IIR)、イソブチレンと芳香族ビニル又はジエン系モノマー共重合体、アクリルゴム(ACM)、アイオノマー、含ハロゲンゴム〔例えばBr−IIR、Cl−IIR、イソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物(Br−IPMS)、クロロプレンゴム(CR)、ヒドリンゴム(CHC,CHR)、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)、塩素化ポリエチレン(CM)、マレイン酸変性塩素化ポリエチレン(M−CM)〕、シリコーンゴム(例えばメチルビニルシリコーンゴム、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルビニルシリコーンゴム)、含イオウゴム(例えばポリスルフィドゴム)、フッ素ゴム(例えばビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素シリコン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム)、熱可塑性エラストマー(例えばスチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー)などを挙げることができる。
熱可塑性エラストマー組成物には、上記必須成分に加えて第三成分として、相溶化剤などの他のポリマー及び配合剤を混合することができる。他のポリマーを混合する目的は、熱可塑性樹脂成分とエラストマー成分との相溶性を改良するため、材料のフィルム成形加工性を良くするため、耐熱性向上のため、コストダウンのため等であり、これに用いられる材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS、SBS、ポリカーボネート等が挙げられる。
熱可塑性エラストマー組成物は、予め熱可塑性樹脂とエラストマー(ゴムの場合は未加硫物)とを2軸混練押出機等で溶融混練し、連続相を形成する熱可塑性樹脂中にエラストマー成分を分散させることにより得られる。エラストマー成分を加硫する場合には、混練下で加硫剤を添加し、エラストマーを動的に加硫させても良い。また、熱可塑性樹脂またはエラストマー成分への各種配合剤(加硫剤を除く)は、上記混練中に添加しても良いが、混練の前に予め混合しておくことが好ましい。熱可塑性樹脂とエラストマーの混練に使用する混練機としては、特に限定はなく、スクリュー押出機、ニーダ、バンバリミキサー、2軸混練押出機等が挙げられる。中でも樹脂成分とゴム成分の混練およびゴム成分の動的加硫には2軸混練押出機を使用するのが好ましい。さらに、2種類以上の混練機を使用し、順次混練してもよい。溶融混練の条件として、温度は熱可塑性樹脂が溶融する温度以上であれば良い。また、混練時の剪断速度は2500〜7500sec-1であるのが好ましい。混練全体の時間は30秒から10分、また加硫剤を添加した場合には、添加後の加硫時間は15秒から5分であるのが好ましい。上記方法で作製された熱可塑性エラストマー組成物は、樹脂用押出機による成形またはカレンダー成形によってフィルム化される。フィルム化の方法は、通常の熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーをフィルム化する方法によれば良い。
上記熱可塑性エラストマー組成物はシート又はフィルムに成形された状態でタイヤ成形に用いられるが、隣接するゴムとの接着性を高めるために接着層を積層しても良い。この接着層を構成する接着用ポリマーの具体例としては、分子量100万以上、好ましくは300万以上の超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、エチレンエチルアクリレート共重合体(EEA)、エチレンメチルアクリレート樹脂(EMA)、エチレンアクリル酸共重合体(EAA)等のアクリレート共重合体類及びそれらの無水マレイン酸付加物、ポリプロピレン(PP)及びそのマレイン酸変性物、エチレンプロピレン共重合体及びそのマレイン酸変性物、ポリブタジエン系樹脂及びその無水マレイン酸変性物、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SBS)、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SEBS)、フッ素系熱可塑性樹脂、ポリエステル系熱可塑性樹脂などを挙げることができる。接着層の厚さは特に限定されないが、タイヤ軽量化のためには厚さが少ない方がよく、5μm〜150μmが好ましい。
従来例及び実施例1,2の空気入りタイヤ(タイヤサイズ:215/55R16)をそれぞれ製作した。従来例の空気入りタイヤは、帯状のウレタンフォーム(幅150mm×厚さ20mm)からなる吸音材をゴム系接着剤を用いてトレッド部の内面にタイヤ全周にわたって固定したものである。実施例1,2の空気入りタイヤは、タイヤ内面の全面に熱可塑性エラストマー組成物からなる樹脂層を形成する一方で、帯状のウレタンフォーム(幅150mm×厚さ20mm)からなる吸音材をトレッド部における樹脂層の上にタイヤ全周にわたって配置し、その吸音材の上にタイヤ周方向に沿って約200mm間隔で係止チップを配置し、超音波溶着機を用いて係止チップを樹脂層に対して熱融着したものである。なお、実施例1では係止部材の融点と樹脂層の融点との差を約30℃に設定し、実施例2では係止部材の融点と樹脂層の融点との差を約5℃に設定した。
これら従来例及び実施例1,2の空気入りタイヤについて、ドラム試験機にて内圧150kPa、速度80km/hの条件で走行試験を実施し、吸音材に剥離が発生するまでの走行距離を測定した。その結果を表1に示す。評価結果は、従来例を100とする指数にて示した。この指数値が大きいほど耐久性が良好であることを意味する。
Figure 2006306284
この表1から判るように、実施例1,2の空気入りタイヤは、従来例に比べて耐久性が向上していた。特に、実施例2における耐久性の改善効果が顕著であった。
本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示す斜視断面図である。 係止部材と樹脂層との熱融着方法の一例を示し、(a)〜(c)は各工程の断面図である。 超音波溶着機の加振用ホーンの一例を示す斜視図である。 超音波溶着機の加振用ホーンの他の例を示す斜視図である。 超音波溶着機の加振用ホーンの他の例を示す斜視図である。 図5に示す加振用ホーンの正面図である。 係止部材の熱融着構造を示す断面図である。 予め切り欠き部を設けた吸音材を示す断面図である。 予め切り目を設けた吸音材を示す断面図である。 タイヤ内面に装着された吸音材を平面上に展開した状態を示す平面図である。 タイヤ内面に装着された吸音材の取り付け構造の変形例を平面上に展開した状態を示す断面図である。 タイヤ内面に装着された吸音材の取り付け構造の変形例を平面上に展開した状態を示す断面図である。 タイヤ内面に装着された吸音材の取り付け構造の変形例を平面上に展開した状態を示す平面図である。 タイヤ内面に装着された吸音材の取り付け構造の変形例を平面上に展開した状態を示す平面図である。
符号の説明
1 トレッド部
2 ビード部
3 サイドウォール部
4 樹脂層
5 吸音材
7 係止部材
8 熱融着部
11 超音波溶着機の加振用ホーン

Claims (13)

  1. 熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散している熱可塑性エラストマー組成物からなる樹脂層をタイヤ内面の少なくとも一部に形成し、多孔質材料からなる吸音材を前記樹脂層の上に配置し、熱可塑性樹脂からなる係止部材を前記吸音材を通して前記樹脂層に対して熱融着した空気入りタイヤ。
  2. 前記係止部材の構成材料が前記樹脂層に含まれる樹脂と同種の熱可塑性樹脂である請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記係止部材の融点と前記樹脂層の融点との差が20℃以下である請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記吸音材の多孔質材料が発泡ポリウレタンである請求項1〜3のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記樹脂層を空気透過防止層としてタイヤ内面の全面に形成した請求項1〜4のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記係止部材が板状である請求項1〜5のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
  7. 前記係止部材と前記樹脂層との熱融着部をタイヤ周方向に間隔をあけて配置し、その間隔Hを前記吸音材の幅Wに対して0.2W≦H≦4Wの関係にした請求項1〜6のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
  8. 熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させてなる熱可塑性エラストマー組成物からなる樹脂層をタイヤ内面の少なくとも一部に備えた空気入りタイヤを加硫した後、多孔質材料からなる吸音材を前記樹脂層の上に配置し、熱可塑性樹脂からなる係止部材を前記吸音材を通して前記樹脂層に対して熱融着するようにした空気入りタイヤの製造方法。
  9. 前記係止部材と前記樹脂層との熱融着に超音波溶着機を用いた請求項8に記載の空気入りタイヤの製造方法。
  10. 超音波溶着機の加振用ホーンとして、先端の幅方向両端部に面取りを施した加振用ホーンを採用した請求項9に記載の空気入りタイヤの製造方法。
  11. 前記係止部材の構成材料が前記樹脂層に含まれる樹脂と同種の熱可塑性樹脂である請求項8〜10のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。
  12. 前記係止部材の融点と前記樹脂層の融点との差が20℃以下である請求項8〜10のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。
  13. 前記吸音材の多孔質材料が発泡ポリウレタンである請求項8〜12のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。
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