JP4833352B2 - キュアパッチによるタイヤ修復 - Google Patents

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Description

本発明は、一般的には、エラストマー修復に関し、より詳細には、ゴムベースの接着剤を用いてパッチを貼付することによってゴム製品を修復することに関する。
タイヤ修復は、最新のタイヤ、特にトラックのタイヤや道路以外で使われるタイヤの、性能及び価値を維持する重要な部分である。タイヤの修復に典型的に用いられる材料は、ゴム配合物、補強されたゴムパッチ、補強されていないゴムパッチ、ゴムプラグ、セメント、冷加硫流体、化学洗浄剤、及びシーラーを含む。
補強されたタイヤ修復パッチは、典型的には、ゴム配合物と補強剤のキュア層と、タイヤのインナーライナーに結合するための未キュアゴムの薄層とからなることが知られている。また、補強されたタイヤパッチは、タイヤの内側の層に結合するための、未キュアゴムの薄層を有しないことが知られている。このようなパッチが、例えば、米国特許第4,618,519号に開示されており、結合するために、キュア可能なアミンポリマー又はプレポリマー層を有するタイヤの修復領域に貼付される処理剤の、薄層を有するキュアパッチが開示されている。
補強パッチは、典型的には、タイヤの損傷領域を前処理した後に、タイヤのインナーライナーに貼付される。前処理は、例えば、タイヤの損傷領域の検査、損傷領域からの材料の除去及び損傷領域の洗浄、穴のセメント接着、ゴム組成物による穴の充填、インナーライナーの表面前処理、ゴム接着剤の塗布、乾燥、パッチの貼付、パッチの縫合、及びパッチのキュアを含む、いくつかの工程からなる。
タイヤ操作状態を測定する電子構成要素を含む電子パッチが、また、知られている。これらの電子パッチは、典型的には、補強タイヤ修復パッチをタイヤのインナーライナーに結合するために用いられるのと同様の方法と材料を用いて、タイヤの内側層に結合される。
本発明は、超促進剤と溶媒膨潤ジエンゴムを含む結合材料を用いる方法及び製品である。特定の実施態様は、加硫ジエンゴム構成要素の表面を結合するための方法を含む。本方法は、溶媒膨潤ジエンゴムと1つ以上の超促進剤を有する結合材料を第1の加硫ゴム構成要素に塗布する工程と、向かい合った表面間に結合材料があるように第1の加硫ゴム構成要素の表面に向かい合わせるように、第2の加硫ゴム構成要素の表面を位置決めする工程とを含む。本方法は、更に、向かい合った表面をそれらの間の結合材料により結合する工程を含む。
加硫ジエンゴム構成要素を結合するための方法の特定の実施態様は、更に、第1の構成要素として加硫ジエンゴム結合表面を有するパッチと、第2の構成要素として内面を有するタイヤとを含む。このような実施態様は、パッチの結合表面がこれらの間の結合材料によってタイヤの内面に結合されることを提供する場合がある。
本発明の特定の実施態様は、更に、上述した方法によってタイヤの内面に結合されたパッチを有する空気入りタイヤを含む。このようなパッチは、タイヤの状態を監視するための電子機器を含むのがよい。
特定の実施態様は、更に、加硫ゴムの表面を結合するための結合材料を含み、結合材料は、本質的に、溶媒膨潤ジエンゴムと1つ以上の超促進剤とからなる。特定の実施態様は、更に、促進剤、粘着付与樹脂、及びステアリン酸亜鉛を含むのがよい。
本発明の前述した目的、その他の目的、特徴、及び利点は、本発明の特定の実施態様の、以下のより詳細な説明から明らかであろう。
本発明は、加硫ジエンゴム構成要素を結合するための結合材料を提供し、本発明の特定の実施態様は、超促進剤と混合された溶媒膨潤ジエンゴムを有する結合材料、それらの製造方法及び使用、及びこのような結合材料によって結合された加硫ゴム構成要素を含む製品を含む。
加硫ジエンゴム構成要素の結合を含む有益な働きの例は、加硫ジエンゴムパッチを損傷領域に貼付することによって加硫ジエンゴム製品を修復すること、トレッドをタイヤカーカスに結合することによってトレッドを再処理すること、加硫ジエンゴム構成要素の層を含む積層品を製造すること及び他の同様の働きを含む。
本発明の実施態様は、加硫ゴム組成物で作られた構成要素のこのような結合を含む。本発明の実施態様で用いるのに適したゴムエラストマーは、一緒に結合されるべき表面を有する加硫構成要素として、及び結合材料の溶媒膨潤ジエンゴム構成要素として、少なくとも一部分で、即ち、ホモポリマー又はコポリマーであって、ジエンモノマー、即ち、共役炭素-炭素二重結合又は共役していない炭素-炭素二重結合を有するモノマーから得られるエラストマーであると理解される。
本発明の特定の実施態様は、本質的に不飽和ジエンエラストマーを用い、これは、少なくとも一部分が共役ジエンモノマーから得られ、15モル%を超えるジエン由来(共役ジエン)の種類又は単位の含量を有するジエンエラストマーを意味することがここで理解される。本質的に不飽和ジエンエラストマーのこのカテゴリー内で、高度に不飽和のジエンエラストマーは、50モル%を超える含量の単位のジエン由来(共役ジエン)を有するジエンエラストマーをここで意味することが理解される。
上で定義されたような本質的に不飽和のジエンエラストマーではないジエンエラストマーは、本質的に飽和のジエンエラストマーであるとして記載することができるジエンエラストマーである。これらの本質的に飽和のジエンエラストマーは、少ない、又は非常に少ない含量、即ち、15モル%未満の単位のジエン由来を有する。このようなエラストマーの例としては、ブチルゴム又はEPDMタイプのジエンとα-オレフィンのコポリマーが挙げられる。
結合材料は、溶媒膨潤の本質的に不飽和のジエンゴム(高度に不飽和のジエンゴムを含む)を含むが、結合されるべき表面の一方又は双方は、本質的に不飽和のジエンゴム、本質的に飽和のジエンゴム又はそれらの組み合わせであるのがよい。結合されるべき表面は、更に、例えば、熱可塑性ポリマーのようなエラストマー以外のポリマーを含んでもよい。
適当なジエンの例としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、ブタジエンコポリマー、イソプレンコポリマー及びこれらの混合物が挙げられる。適当なコポリマーは、例えば、ブタジエン-スチレンコポリマー、ブタジエン-イソプレンコポリマー、イソプレン-スチレンコポリマー、イソプレン-ブタジエン-スチレンコポリマーが挙げられる。
結合材料として有益な本発明の特定の実施態様は、例えば、80phrと100phrの間の天然ゴム及び0phrと20phrの間の合成ゴムを含むのがよい。合成ゴムは、典型的には、例えば、ポリブタジエン、スチレン-ブタジエンゴム又はこれらの組み合わせより選ばれてもよい。適当なジエンゴムは、溶媒中で膨潤するものである。
上述したように、本発明の特定の実施態様は、溶媒膨潤ジエンゴム成分を含む。ジエンゴムは、溶媒がジエンゴム中に吸収されるまでジエンゴムを溶媒に混合することによって溶媒膨潤にされ、それにより結合材料の溶媒膨潤ジエンゴム成分が得られる。
ジエンゴムを膨潤させることができるが、ジエンゴムを攻撃しない又は化学的に反応しないいかなる溶媒も、所定の用途に適している。溶媒は、例えば、炭素が4と10の間の脂肪族溶媒であってもよく或いは環状アルカン溶媒又は芳香族溶媒又はこれらの組み合わせより選ばれてもよい。適当な溶媒の例としては、例えば、ベンゼン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、及びアセトン、又はこれらの組み合わせが挙げられる。適当な溶媒の混合物が、本発明の特定の実施態様で用いられてもよい。本発明の特定の実施態様は、溶媒の大部分が結合材料を結合されるべき表面に塗布する約5分と30分の間に結合材料から蒸発するように、充分に高揮発性を有する溶媒又は溶媒の混合物を含み、他の実施態様では、約10分と20分の間である。本発明の特定の実施態様は、20℃での蒸気圧が0kPaと30kPaの間である溶媒又は溶媒の混合物を含み、他の実施態様では、0kPaと5kPaの間であり、更に他の実施態様では、0kPaと1kPaの間である。
本発明の特定の実施態様は、普通のゴム接着剤の粘稠度と同様の粘稠度を有する結合材料を供給するのに充分な量の、ジエンゴムを膨潤させるために用いられる溶媒を含む。他の粘稠度も有益であり得るが、より粘性が大きい場合には、材料を結合表面の上に広げるのがより難しくなり、もし粘性が小さければ、溶媒が蒸発するのを待つ時間が過度になる。このようなものとして、結合材料の特定の実施態様は、シロップに非常に似て室温で流れる。この粘稠度は、結合材料を、例えば、ブラシ、スティック又はスパチュラで、結合されるべき表面の上に広げるのに適している。
このような粘稠度は、例えば、結合材料の総質量に基づいて80wt%と98wt%の間の溶媒含量を有することによって結合材料の特定の実施態様で達成することができ、他の実施態様では、85wt%と95wt%の間である。特定の実施態様は、例えば、溶媒と固形分含量の総質量に基づいて2wt%と20wt%の間の固形分含量(ジエンゴムに加えて超促進剤、及び、促進剤に加えて活性剤と粘着付与剤)を含み、他の実施態様では、5wt%と15wt%の間である。
溶媒膨潤ジエンゴム成分に加えて、結合材料の特定の実施態様は、更に、超促進剤、促進剤又はこれらの組み合わせを含む促進パッケージを含む。驚くべきことに、促進剤パッケージを溶媒膨潤ジエンゴム成分に加えるだけで、硫黄、硫黄供与体又は結合材料だけを加硫することのできるいかなる他の架橋剤もなしに、表面間に結合材料を有するように向かい合った加硫ジエンゴムの表面を強力に結合する結合材料を提供する。促進剤パッケージは、1つ以上の超促進剤を含んでもよく、必要により、1つ以上の促進剤を含んでもよい。
促進剤は、当業者によって良く知られており、キュア時間の効果により分類されてもよい。促進剤の1つの分類は、表1に示されるように、Rubber Technology, edit. Maurice Morton, Chap. 2, “The Compounding and Vulcanization of Rubber,”3rd edition, 1987に開示されている。
表1-促進剤の相対加硫活性
Figure 0004833352
適当な加硫超促進剤としては、チウラム、キサントゲン酸塩、ジチオカルバミン酸塩、ジチオリン酸塩、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。より詳細には、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、イソプロピルキサントゲン酸亜鉛(ZIPX)、ジベンジルジチオカルバミン酸亜鉛(ZBEC)、エチルフェニルジチオカルバミン酸亜鉛(ZEPC)、テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)、及び、ジイソプロピルキサントゲンポリスルフィド(ASLOOとして入手可能、Robac Chemicals product)が挙げられるが、これらに限定されない。超促進剤の1つ以上を、結合材料組成物に添加してもよい。
適当な加硫促進剤としては、チアゾール、スルフェンアミド、グアニジン、チオ尿素誘導体、アミン誘導体、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。これらの例としては、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CBS)、ジベンジルアミン(DBA)、N-N'-ジフェニルグアニジン(DPG)、ジシクロヘキシルアミン(DCHA)、2-メルカプトベンゾチオジルジスルフィド(MBTS)が挙げられるが、これらに限定されない。
結合配合物の特定の実施態様は、例えば、約0.1phrと10phrの間の超促進剤を含み、他の実施態様では、0.2phrと8phrの間の超促進剤を含む。特定の実施態様は、更に、当業者に知られているように、超促進剤の性能を促進する約0.2phrと5phrの間の促進剤を含み、別の実施態様では、0.4phrと3phrの間の促進剤を含む。勿論、上述したように、1つ以上の超促進剤も、1つ以上の促進剤も、結合材料の特定の実施態様に用いてもよい。より詳細には、特定の実施態様は、試験されてきた識別された超促進剤及び促進剤の量の例として以下の範囲を含む:ZBEC、1.8-7.4 phr;ZIPX、0.25 - 4 phr; ZEPC、1.85-3.7 phr;ASlOO、2.0-4.0 phr;DBA、0.4-1.6 phr;DPG、0.4-2;DCHA、0.4-1.7。
溶媒膨潤ジエンゴム成分及び促進剤パッケージに加えて、結合材料の特定の実施態様は、更に、1つ以上の粘着付与剤を含んでもよい。粘着付与剤は、多くの化学型及び物理的性質の様々な樹脂が相当する。これらは、通常、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素及び他の典型的な有機溶媒に非常に可溶である。当業者に良く知られた多くの有益な粘着付与剤があるが、有益な粘着付与剤の例は、DUREZ30900、オハイオ州ケントンにオフィスを有するDUREZ社から入手可能なオクチルフェノールホルムアルデヒド樹脂である。粘着付与剤として売買される典型的な樹脂としては、例えば、ロジン、変性樹脂、重合石油系炭化水素、及び重合テルペンが挙げられる。
結合材料の特定の実施態様に添加されてもよい他の材料は、例えば、カーボンブラック、無機充填剤(例えば、いわゆる白色充填剤)及びこれらの組み合わせの補強充填剤を含む。補強充填剤として用いられる無機充填剤は、総補強充填剤の全部、或いは、例えば、カーボンブラックと混合されて一部のみを構成してもよい。
補強無機充填剤は、中間カップリング剤以外の他の手段なしに、そのままで、タイヤの製造を意図したゴム組成物を補強することのできる、即ち、補強機能において、通例のタイヤグレードカーボンブラックの全て或いは少なくとも一部分を置き換えることのできる、どのような色及びどのような由来(天然又は合成)でも、無機充填剤又は鉱物充填剤を意味することが理解される。これらの材料は、例えば、約60phrまで特定の実施態様に添加されてもよい。
ジエンゴム及び上述の他の材料に加えて、結合材料の特定の実施態様は、更に、結合材料として意図されるゴム組成物に典型的に用いられてもよい添加剤の全て或いは一部を含んでもよい。このような添加剤は、例えば、可塑剤、エキステンダー油、顔料、及び/又は酸化防止剤及びオゾン劣化防止剤を含む保護剤を含んでもよい。また、必要ならば、例えば、粘土粒子、ベントナイト、タルク、チョーク、カオリン、又は酸化チタンの、通例の非補強性白色充填剤が補強性無機充填剤と関連してもよい。
ゴムは、小さな切り離された切片或いはフレークで溶媒に添加されて、ゴムを膨潤させるためにかかる時間を加速するのを助けてもよい。他の材料は、同時又はその後に、結合材料が用いられる直前までに添加されてもよい。ゴムを溶媒中で撹拌することにより、ゴム膨潤プロセスを加速させるのを助ける。ゴムが十分に膨潤したとき、個々のゴム片は、他の固形物と溶媒に混合されて、個々のゴム片は、典型的には、もはやはっきり見えなくなり、それによって肥厚した結合材料が与えられる。
例示的な結合材料配合物を表2に示す。この例示的な結合材料の固形分含量は、結合材料の8wt%であり、溶媒含量は92wt%である。結合材料の実施態様の多くの貯蔵寿命は、促進剤及び超促進剤が加えられても、少なくとも数ヶ月延びる場合があることに留意する。少なくとも数ヶ月の貯蔵寿命も有さない最も安定しない結合材料は、ASIOO超促進剤を含むものであった。
表2-例示的結合材料配合物
Figure 0004833352
本発明の特定の実施態様は、更に、上述した結合材料で結合された製品を含む。一実施態様は、タイヤの内面に結合されたパッチを有するタイヤを含み、パッチは、ここに開示された結合材料でタイヤの内面に結合される。パッチは、当業者に知られているように、ゴムと織物補強或いは金属コード補強の層を含む補強されたパッチであってもよい。パッチは、更に、タイヤの性能及び/又は状態を監視するための電子機器を含んでもよい。このような電子デバイスは、当業者に良く知られており、しばしば、接着剤を用いてタイヤに取り付けられる。本発明の特定の実施態様は、上述の結合材料を用いてタイヤの内面に電子デバイスが取り付けられたタイヤを含む。
本発明は更に以下の実施例によって示され、実施例は、例示のみのためであり、発明の範囲を定めるものでは全くないと見なされるべきである。
本実施例は、加硫表面を結合する、溶媒膨潤ゴム及び超促進剤を有する結合材料を用いて、驚くべき結合強度を示すものである。結合材料配合物F1-F5を、以下に記載する方法によって表3に示される材料で調製した。
表3-結合材料配合物及びせん断試験結果
Figure 0004833352
天然ゴムを、小片に裁断し、次いで、表3に示される他の成分とともに、ヘキサンを含有するジャーに添加した。ジャーをネジ蓋で密封し、一対の回転ローラ上にジャーの側面を載せ、ジャーの側面を約4時間回転させることによって密封したジャー中の材料を混合させた。ゴムが充分に膨潤して、ジャー中の材料が、目に見えるゴム片無しに滑らかな粘稠度を有したときに、混合を完了した。
市販の配合物F6は、SpecialBlueCement(SBC)という名前のRemaTipTopゴム接着剤製品及びニュージャージー州のRemaTipTopから入手可能なREMA BLUE GUM、BGと呼ばれる未キュアゴム製品を用いた。市販の配合物F7は、Tech International 760ゴム接着剤製品とオハイオ州ジョンズタウンのテックインターナショナルの未キュアTechグレーゴムを用いた。
結合試料を調製するために用いた方法Aでは、キュアゴム試料を、シートを1cm×7cmの砕片に切断することによって準備し、次いで、バフ仕上げ回転盤を用いてバフ仕上げを行った。次いで、配合物を、細片の一端の2cmに広げ、約10分間乾燥させた。次いで、指圧を用いて試料を一緒に押圧して綴じた。綴じた後、試料を4.5kg(10ポンド)の質量下に48時間置いた。従って、方法Aによって調製された試料によって、キュアゴムの試験細片の表面が表面間の結合配合物のみで結合された。
結合試料を調製するために用いた方法Bでは、キュアゴム試料を、シートを1cm×7cmの細片に切断することによって準備し、次いで、バフ仕上げ回転盤を用いてバフ仕上げを行った。次いで、組成物を、細片の一端の2cmに塗布し、約10分間乾燥させた。組成物F6及びF7は、試験のための試験細片に塗布された表3に示される市販の配合物SBCと760ゴム接着剤であった。次いで、Techグレーゴム又はREMA BLUE GUMのいずれかの未キュアゴムを、各対の細片のうち一方の細片の配合物上に塗布した。次いで、未キュアゴムを有する細片を、配合物を有するがガムを有しない他の細片上に塗布し、指圧を用いて押圧して綴じた。次いで、試料を4.5kg(10ポンド)の質量下に48時間置いた。従って、方法Bによって調製された試料によって、キュアゴムの試験細片の表面が以下の順番で結合された:第1のゴムキュア層、配合物の層、未キュアゴム層、配合物層、第2のゴムキュア層。
INSTRON 1125機械を用いて試験試料の剪断強度を測定した。ニュートンでの剪断力について、23℃の温度で試験試料の各々を測定した。結果を表3に示す。
結合材料からの溶媒の蒸発速度を示すために、上述の方法を用いて10wt%の固形分で結合材料配合物を調製した。固形分は天然ゴムのみを含み、上記配合物に他の材料を加えた。
ゴム試験試料の風袋質量を得、次いで、0.1mLの結合材料を試験試料上に広げた。試験試料を直ちに精密天秤上に配置し、試料の質量を時間とともに測定した。風袋質量を引いて、次いで、接着剤の質量を記録した。接着剤の質量を表4に示す。
表4-接着剤の質量と時間
Figure 0004833352
この試料は、約10分後、溶媒の多くが蒸発したことを示している。10分の蒸発後、結合材料は、まだ僅かに粘着性である。従って、特定の実施態様では、加硫表面を結合するための方法において、約10分待つ工程が含まれる。
本実施例は、剪断試験のキュア条件の効果を示すものである。1日と31日の間で室温において接着が増大し続けている。本実施例では、表3に示されるようにF1の材料を用いて実施例1に示される方法Aに従って結合材料を調製し、試験した。しかしながら、キュア条件の効果を示すために、キュア時間及び温度を、実施例1のものとは変更した。
キュア条件と剪断試験の結果を表5に示す。
表5-キュア時間と剪断試験結果
Figure 0004833352
周囲温度で7日間キュアした後、接着が、125℃で90分キュアされた試料のものと等しいことに留意すべきである。
特許請求の範囲及び本明細書で用いられる用語“からなる”、“含む”、及び“有する”は、特定されていない他の要素を含むことができる開放グループであることを示すと考えるべきである。特許請求の範囲及び本明細書で用いられる用語“本質的に〜からなる”は、他の要素が請求項に記載された発明の基本的且つ新規な特徴を物質的に変更しない限り、特定されていない他の要素を含むことができる部分的に開放グループであることを示すと考えるべきである。用語“1つの(不定冠詞)”及び単語の単数形は、用語が、1つ又はそれ以上の何かを示すことを意味するように、同じ単語の複数形を含むとされるべきである。用語“少なくとも1つ”及び“1つ以上”は、同じ意味で用いられる。用語“1つの”又は“単一の”は、1つ及びたった1つの何かが意図されることを示すために用いられる。同様に、“2”のような他の特定の整数値は、特定の数の物が意図されるときに用いられる。用語“好ましくは”、“好ましい”、“好む”、“〜してもよい”、“〜ができる”及び同様の用語は、述べられている品目、条件或いは工程が、発明の選択できる(要求されない)特徴であることを示すために用いられる。“aとbの間”として記載される範囲は、“a”と“b”の値を含む。
前述の記載から、本発明の本質的な精神から逸脱することなしに本発明の実施態様に様々な修正及び変更をなすことができることが理解されるべきである。前述の記載は、例示のみのためであり、限定する意味に解釈されるべきものではない。特許請求の範囲の文言のみが本発明の範囲を限定すべきものである。

Claims (15)

  1. 加硫ジエンゴム構成要素の表面を結合する方法であって:
    結合材料を第1の加硫ゴム構成要素の表面に塗布する工程であって、結合材料が、1つ以上の超促進剤と混合した溶媒膨潤ジエンゴムを含む、前記工程;
    向かい合った表面間に結合材料があるように第1の加硫ゴム構成要素の表面に向かい合うように、第2の加硫ゴム構成要素の表面を位置決めする工程;
    向かい合った表面をこれらの間にある結合材料によって結合する工程
    を含む、前記方法。
  2. 第2の加硫ゴム構成要素の表面を位置決めする工程の前に、結合材料を第2の加硫ゴム構成要素の表面に塗布する工程
    を更に含む、請求項1に記載の方法。
  3. 向かい合った表面を結合する工程が:
    表面間に結合材料を有する向かい合った表面を15℃〜30℃の温度に維持する段階
    を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 向かい合った表面を結合する工程が:
    表面間に結合材料を有する向かい合った表面を75℃〜175℃の温度まで加熱する段階
    を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 溶媒膨潤ジエンゴムが、溶媒膨潤天然ゴムである、請求項1に記載の方法。
  6. 溶媒膨潤ジエンゴムが、高度に不飽和の溶媒膨潤ジエンゴムである、請求項1に記載の方法。
  7. 結合材料が、境界層のみを加硫することのできる架橋剤を含まない、請求項1に記載の方法。
  8. 溶媒が、4〜10の炭素原子を有する脂肪族炭化水素である、請求項1に記載の方法。
  9. 溶媒が、ヘキサンである、請求項1に記載の方法。
  10. 超促進剤が、TMTD、ZIPX、ZBEC、TBzTD、ジイソプロピルキサントゲンポリスルフィド又はこれらの組み合わせより選ばれる、請求項1に記載の方法。
  11. 結合材料が、更に、促進剤を含む、請求項1に記載の方法。
  12. 促進剤が、DCHA、DPG、DBA、MBTS又はこれらの組み合わせより選ばれる、請求項11に記載の方法。
  13. 第1の構成要素が、加硫ジエンゴム結合表面を有するパッチであり、第2の構成要素が、内面を有するタイヤであり、ここで、パッチの結合表面が、表面間の結合材料によってタイヤの内面に結合される、請求項1に記載の方法。
  14. パッチが、タイヤの状態を監視するための電子機器を備える、請求項13に記載の方法。
  15. 請求項13に記載の方法によってタイヤの内面に結合されたパッチを含む、空気入りタイヤ。
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