JP2015113080A - 非空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】耐久性を向上することができる非空気入りタイヤを提供する。【解決手段】ホイールのリムに取り付けられる内側環状部12と、その外周を取り囲む外側環状部14と、内側環状部と前記外側環状部をつなぐ連結部16と、外側環状部の外周に設けられたトレッド部18と、を備えた非空気入りタイヤ10において、連結部16を、タイヤ軸方向Aの両端部に設けられてタイヤ周方向Cに延びかつ樹脂又はエラストマーからなる周方向支持壁22で構成する。そして、該両端部の周方向支持壁22,22を、それぞれタイヤ軸方向Aの外方に向かって凸形状に形成する。【選択図】図2

Description

本発明は、使用に際し内部に加圧空気を充填することが不要な非空気入りタイヤに関するものである。
従来の非空気入りタイヤとしては、ソリッドタイヤやクッションタイヤ等の中実ゴム構造のタイヤがある。かかる中実ゴム構造のタイヤは、質量が大きい上に衝撃吸収性に欠けているため、乗り心地性能が重視される乗用車用タイヤには採用されていないのが実情である。そこで、非空気入りタイヤの性能を向上するために、同心円状に設けられた内側環状部と外側環状部の間をスポークで連結してなる構造を持った非空気入りタイヤが提案されている。
例えば、特許文献1には、内側環状部と外側環状部の間を連結する支持体として、タイヤ周方向に連続しつつタイヤ赤道面と周上で複数回交差する支持壁を設けた構造が提案されている。特許文献2には、内側環状部と外側環状部の間を、タイヤ周方向に間隔をおいて配された複数のスポークで連結し、該スポークをタイヤ軸方向に対して傾斜させた構成が開示されている。特許文献3には、内側環状部と外側環状部の間に中間環状部を設けた上で、内側環状部と中間環状部の間、及び、中間環状部と外側環状部の間に、それぞれ、タイヤ軸方向に延びる複数のスポークをタイヤ周方向に間隔をおいて配設した構造が開示されている。
これらの非空気入りタイヤでは、荷重を受けたときに、内側環状部と外側環状部の距離が近づく方向に変形してスポークに圧縮力が作用し、これによりスポークが屈曲することで、衝撃を吸収することができる。しかしながら、タイヤ軸方向に延びるスポークをタイヤ周方向に間隔をおいて複数配設した構造では、隣接するスポーク同士が互いに近づく方向に屈曲することで接触する可能性があり、耐久性が損なわれるおそれがある。特に、軽量化等を目的として、スポークを樹脂やエラストマーなどの高分子材料で形成した場合、優れた耐久性を発揮することが難しいという問題がある。
ところで、特許文献4には、インホイールモータ方式の電気自動車用タイヤ/ホイール組立体の構造として、環状構造体と内側環状構造体との間を複数の金属ばね部材で連結する構造が開示されている。また、該金属ばね部材の配置の一例として、断面円弧形状の金属ばね部材を、円弧の凸部がタイヤ軸方向外方を向くように配置させた構造が開示されている。しかしながら、この文献は、モータの熱を効果的に空気中に放熱することを目的として、連結部を金属ばね部材で構成することを必須とするものであり、また、スポーク同士の接触を回避することによる耐久性向上効果についても何ら開示されていない。
特開平3−82601号公報 特開2013−139253号公報 特開2009−035050号公報 特開2012−187982号公報
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、耐久性を向上することができる非空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本実施形態に係る非空気入りタイヤは、内側環状部と、前記内側環状部の外周を取り囲む外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部をつなぐ連結部と、前記外側環状部の外周に設けられたトレッド部と、を備えた非空気入りタイヤにおいて、前記連結部が、タイヤ軸方向両端部に設けられてタイヤ周方向に延びかつ樹脂又はエラストマーからなる周方向支持壁を含み、前記両端部の周方向支持壁が、それぞれタイヤ軸方向外方に向かって凸形状に形成されたものである。
本実施形態によれば、内側環状部と外側環状部をつなぐ連結部として設けた上記周方向支持壁が、タイヤ軸方向外方に向かって凸形状をなしているため、荷重を受けて圧縮力が作用したときにタイヤ軸方向外方に向かって撓み変形する。つまり、両端部に設けた周方向支持壁が互いに離れる方向に屈曲するので、両支持壁同士が接触することがなくなり、耐久性を向上することができる。
第1実施形態に係る非空気入りタイヤの側面図。 図1のII−II線に相当する位置でのリム組み状態での断面図。 第2実施形態に係る非空気入りタイヤの断面図。 第2実施形態における周方向支持壁と軸方向スポークとの配置関係を示す内側環状部の正面図。 第2実施形態における支持構造体の部分斜視図。 第3実施形態に係る非空気入りタイヤの断面図。 第3実施形態における周方向支持壁と軸方向スポークとの配置関係を示す内側環状部の正面図。 第4実施形態に係る非空気入りタイヤの断面図。 第4実施形態における周方向支持壁と軸方向スポークとの配置関係を示す内側環状部の正面図。 第4実施形態の変更例を示す非空気入りタイヤの断面図。 第5実施形態に係る非空気入りタイヤの側面図。 図11のXII−XII線断面図。
以下、実施形態に係る非空気入りタイヤについて図面に基づいて説明する。
図1及び図2は、第1実施形態に係る非空気入りタイヤ10を示したものである。この非空気入りタイヤ10は、内側環状部12と、内側環状部12の外周を取り囲む外側環状部14と、内側環状部12と外側環状部14をつなぐ連結部16と、外側環状部14の外周に設けられたトレッド部18と、を備えてなる。
内側環状部12は、図2に示すようにホイール1のリム2に取り付けられる部分であり、リム2に外嵌する円筒形状をなしている。外側環状部14は、内側環状部12の周りを同軸(即ち、同心円状)にかつ間隙をおいて取り囲む円筒形状をなしており、内側環状部12を全幅で取り囲むように、内側環状部12とタイヤ軸方向Aで同一幅に設定されている。連結部16は、内側環状部12に対して外側環状部14を支持する部分であり、内側環状部12と外側環状部14の間に介在して両者を連結する。非空気入りタイヤ10では、これらの内側環状部12と外側環状部14と連結部16とにより、車両からの荷重を支持する支持構造体20が構成されている。
本実施形態において支持構造体20は、樹脂又はエラストマーからなるものである。これらの樹脂又はエラストマーは、繊維等の補強材で補強されたものであってもよい。
樹脂としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂(ABS樹脂)、アクリロニトリルスチレン樹脂(AS樹脂)などが挙げられ、これらのいずれか1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられ、これらのいずれか1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
エラストマーとしては、熱可塑性エラストマー又は架橋ゴムが挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステルエラストマー、ポリオレフィンエラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリスチレンエラストマー、ポリ塩化ビニルエラストマー、ポリウレタンエラストマー等が挙げられ、これらのいずれか1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。架橋ゴムを構成するゴム成分としては、天然ゴムの他、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、水素添加ニトリルゴム(水添NBR)、クロロプレンゴム(CR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、フッ素ゴム、シリコンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等の合成ゴムが挙げられ、これらのいずか1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。これらゴム成分を架橋するための架橋剤としては、例えば、硫黄、硫黄化合物、金属酸化物、変性フェノール樹脂等、ゴム成分の種類に応じて使用することができる。
これらの樹脂又はエラストマーを補強する補強材としては、長繊維、短繊維、織布、不織布などの補強繊維、粒状フィラー等が挙げられる。補強繊維としては、例えば、レーヨンコード、ナイロン−6,6等のポリアミドコード、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルコード、アラミドコード、ガラス繊維コード、カーボンファイバー、スチールコード等が挙げられる。粒状フィラーとしては、カーボンブラック、シリカ、アルミナ等のセラミックス、その他の無機フィラーなどが挙げられる。
上記支持構造体20の外周に設けられるトレッド部18は、非空気入りタイヤ10の踏面部となる部分であり、外側環状部14の外周面に設けられたゴム弾性体からなる。トレッド部18としては、従来の空気入りタイヤのトレッドゴムと同様のものを用いることができ、図示しないが、通常は、表面に従来の空気入りタイヤと同様のトレッドパターンが設けられる。なお、トレッド部18と外側環状部14との間には、ベルトなどの補強層を設けてもよく、また設けなくてもよい。
連結部16は、タイヤ軸方向Aの両端部に設けられてタイヤ周方向Cに延びる周方向支持壁22からなる。周方向支持壁22は、図2に示すように、内側環状部12と外側環状部14のタイヤ軸方向Aの端部において、内側環状部12と外側環状部14の間を連結することにより外側環状部14を内側環状部12に対して支持する壁部であり、タイヤ軸方向Aに対向するように左右に対をなして設けられている。ここで、周方向支持壁22を設けるタイヤ軸方向Aの両端部とは、内側環状部12の中央部を除くその両側の領域であり、該中央部とは、内側環状部12のタイヤ軸方向Aにおける中心位置を領域の中心として、内側環状部12の全幅の1/3程度の領域である。
周方向支持壁22は、タイヤ周方向Cに沿って延びる壁部であり、この例では、図1に示すようにタイヤ周方向Cに間隔をおいて複数設けられており、従って、放射状に延びるスポークとして設けられている。詳細には、周方向支持壁22は、タイヤ周方向Cに等間隔に配置されている。周方向支持壁22のタイヤ周方向Cにおける配設数は、特に限定されないが、両端部の周方向支持壁22,22を一対として、2〜300対であることが好ましく、より好ましくは4〜200対である。
図2に示すように、左右両端部の周方向支持壁22,22は、それぞれタイヤ軸方向A外方に向かって凸形状に形成されている。すなわち、周方向支持壁22は、タイヤ軸方向Aにおける外方側に膨らんだ湾曲状ないし屈曲状の断面形状を持つ板状壁部であり、内側環状部12に対する内周側付け根部24と外側環状部14に対する外周側付け根部26に対して、径方向中央部28がタイヤ軸方向A外方側に位置するように形成されている。これにより、左右の周方向支持壁22,22は、径方向中央部28,28が互いに離れるように膨らんだ断面形状に形成されている。ここで、符号Rは、径方向(タイヤ径方向)を示す。
なお、周方向支持壁22は、連結部16を構成するものであるため、上記した樹脂又はエラストマーからなるものであり、これには上記のように繊維等の補強材で補強されたものも含まれる。
本実施形態に係る非空気入りタイヤ10は、モールド成形や射出成形などにより支持構造体20を作製した後、該支持構造体20の外周にトレッド部18を加硫成形等により形成することで製造することができる。上記のような周方向支持壁22を持つ支持構造体20の作製方法は、特に限定されず、例えば、内側環状部12と外側環状部14と周方向支持壁22を別々に成形しておいてこれらを接合一体化してもよく、あるいはまた、支持構造体20をタイヤ軸方向Aで2分割として成形しておいて両者を接合一体化してもよく、あるいはまた、内側環状部12と外側環状部14をそれぞれ互いに嵌合可能な内外二層構造とした上で、内側環状部12の内層と外側環状部14の内層と一方の周方向支持壁22を持つ部品と、内側環状部12の外層と外側環状部14の外層と他方の周方向支持壁22を持つ部品をそれぞれ成形しておき、両者を嵌合させて一体化してもよい。あるいはまた、内側環状部12と外側環状部14と周方向支持壁22を一体で成形してもよい。
以上よりなる本実施形態の非空気入りタイヤ10であると、内側環状部12と外側環状部14の端部同士をつなぐ左右の周方向支持壁22,22が、タイヤ軸方向Aの外方に膨らむことで荷重を支える。その際、これら周方向支持壁22,22が、タイヤ軸方向Aの外方に向かって凸形状をなしているため、荷重を受けて圧縮力が作用したときにタイヤ軸方向Aの外方に向かって撓み変形する。つまり、両端部に設けた周方向支持壁22,22は、互いに離れる方向に屈曲するので、タイヤ軸方向Aに隣り合った周方向支持壁22,22同士が接触することがなくなる。そのため、連結部16を含む支持構造体20を樹脂又はエラストマーで形成したものでありながら、優れた耐久性を発揮することができ、軽量化と耐久性を両立することができる。
また、内側環状部12と外側環状部14を連結する連結部16を、タイヤ周方向Cに沿って延びる周方向支持壁22で構成したので、径方向Rでの剛性の増加を抑えつつ、周方向Cでの剛性を効果的に高めることができる。
図3〜図5は、第2実施形態に係る非空気入りタイヤ10Aを示したものである。この例では、上記周方向支持壁22と従来のタイヤ軸方向Aに延びる幅方向スポーク30とを組み合わせた点が第1実施形態と異なる。
すなわち、第2実施形態において、連結部16は、両端部の周方向支持壁22,22と、タイヤ軸方向Aに延びる複数の幅方向スポーク30とで構成されている。幅方向スポーク30は、タイヤ周方向Cに間隔をおいて複数設けられており、この例では、タイヤ軸方向Aに等間隔に、かつ、周方向支持壁22と交互に配設されている。
本実施形態では、周方向支持壁22をタイヤ周方向Cに間隔をおいて断続状、即ち不連続に設けているので、幅方向スポーク30を図4及び図5に示すように、内側環状部12の全幅で設けることも可能である。このように、周方向支持壁22を不連続とすることで、従来の幅方向スポークと組み合わせる際の設計自由度が向上するので、剛性の向上に寄与することができる。すなわち、周方向支持壁22のみでは荷重を支える性能が足りないときに、幅方向スポーク30を設けることで、それを補助することができる。しかも、周方向支持壁22の存在により、幅方向スポーク30の配設間隔を広げることができるので、幅方向スポーク30が荷重により屈曲したとしても、隣接する幅方向スポーク30,30同士での接触を回避することができ、耐久性を損なうこともない。第2実施形態について、その他の構成及び作用効果は第1実施形態と同じであり、説明は省略する。
なお、図3〜5では、周方向支持壁22と組み合わせるスポークとして、タイヤ軸方向Aに延びる幅方向スポーク30を設けたが、タイヤ軸方向Aに対して傾斜した方向に延びるスポークを設けてもよい。このようにタイヤ軸方向Aに対して傾斜させて周方向成分を持たせたスポークと組み合わせることにより、タイヤ径方向Rの剛性増加を抑えつつ、タイヤ周方向Cの剛性をより高めることができる。
図6及び図7は、第3実施形態に係る非空気入りタイヤ10Bを示したものである。この例では、周方向支持壁22Aをタイヤ周方向Cに連続して設けた点が第2実施形態と異なる。
すなわち、第3実施形態において、左右の周方向支持壁22A,22Aは、タイヤ周方向Cの全周にわたって連続して設けられている。従って、周方向支持壁22Aは、リング板状をなし、その内周縁が内側環状部12に、外周縁が外側環状部14にそれぞれ連結されている。
また、この例では、周方向支持壁22Aが全周に設けられているため、幅方向スポーク30Aは内側環状部12の全幅ではなく、周方向支持壁22Aと干渉しないように、内側環状部12の中央部において、タイヤ周方向Cに間隔をおいて複数配置されている。
本実施形態であると、周方向支持壁22Aがタイヤ周方向Cに連続しているので、小石等の異物がタイヤ内に入るのを防止することができる。第3実施形態について、その他の構成及び作用効果は第2実施形態と同じであり、説明は省略する。
図8及び図9は、第4実施形態に係る非空気入りタイヤ10Cを示したものである。この例では、左右の周方向支持壁22,22間を弾性部材32で連結した点が第2実施形態と異なる。
すなわち、第4実施形態において、タイヤ軸方向Aの両端部に配された周方向支持壁22,22は、両支持壁22,22間の距離を規制する弾性部材32により互いに連結されている。弾性部材32は、左右の周方向支持壁22,22における軸方向A外方側に膨らんだ頂部である径方向中央部28,28同士を連結して設けられており、この例では樹脂又は金属製の板バネで構成されている。弾性部材32は、図9に示すように、タイヤ周方向Cに間隔をおいて設けられた各一対の周方向支持壁22,22に対し、それぞれ設けられている。
このように弾性部材32で連結した構造の作製方法は、特に限定されず、例えば、周方向支持壁22と弾性部材32を別々に成形しておいてこれらを接合一体化してもよく、あるいはまた、周方向支持壁22に穴又は突起を設けておき、弾性部材32がそれに嵌るように一体化してもよく、あるいはまた、周方向支持壁22と弾性部材32を一体で成形してもよい。
本実施形態であると、荷重を受けて、左右の周方向支持壁22,22がタイヤ軸方向Aの外方に向かって撓み変形するときに、弾性部材32によって左右の周方向支持壁22,22間の距離が過度に大きくなるのを防いで、周方向支持壁22の過度な撓み変形を抑えることができる。これにより非空気入りタイヤ10Cの剛性を上げることができ、耐久性をより高めることができる。
なお、弾性部材32としては、上記のような板バネには限定されず、例えば、図10に示すようなスプリングにより構成してもよい。第4実施形態について、その他の構成及び作用効果は第2実施形態と同じであり、説明は省略する。
図11及び図12は、第5実施形態に係る非空気入りタイヤ10Dを示したものである。この例では、内側環状部12と外側環状部14との間に中間環状部34を設けた点で第1実施形態と異なる。
中間環状部34は、内側環状部12の外周を同軸に取り囲む円筒形状をなしており、内側環状部12と外側環状部14の径方向Rにおける中間位置に配設されている。中間環状部34は、内側環状部12と外側環状部14と連結部16とともに支持構造体20を構成するものであり、上記の通り樹脂又はエラストマーからなる。
このように中間環状部34を設けたことにより、連結部16は、内側環状部12と中間環状部34をつなぐ内側連結部36と、中間環状部34と外側環状部14をつなぐ外側連結部38とで構成されている。そして、この例では外側連結部38が上記周方向支持壁22で構成されており、内側連結部36はタイヤ軸方向Aに延びる幅方向スポーク40のみで構成されている。詳細には、外側連結部38は、タイヤ軸方向Aの両端部に設けられた左右の周方向支持壁22,22を、タイヤ周方向Cに間隔をおいて複数配置することで構成されている。内側連結部36は、タイヤ軸方向Aの全幅に延びる幅方向スポーク40をタイヤ周方向Cに間隔をおいて複数配置することで構成されている。
本実施形態であると、中間環状部34を設けたことにより、周方向支持壁22の高さ(タイヤ径方向Rでの寸法)を小さくすることができるので、荷重を受けたときのタイヤ軸方向A外方への撓み変形量を抑えることができ、実車走行時における障害物との接触を抑制することができる。また、この例では、外側連結部38に周方向支持壁22を設けており、外側連結部38は内側連結部36よりも一般に撓み変形量が大きくなる傾向にあるので、スポーク同士の接触を抑制することによる耐久性向上効果の点で有利である。
なお、周方向支持壁22は外側連結部38だけでなく、内側連結部36に設けてもよく、内側連結部36と外側連結部38の双方に設けてもよい。第5実施形態について、その他の構成及び作用効果は第1実施形態と同じであり、説明は省略する。
以上説明したいくつかの実施形態に係る非空気入りタイヤは、乗用車用空気入りタイヤなど、従来の空気入りタイヤの代替として使用することができ、またソリッドタイヤやクッションタイヤなどの中実ゴム構造タイプの非空気入りタイヤの代替として使用することができる。一般の空気入りタイヤ以外の具体的な用途としては、例えば車椅子用タイヤ、建設車両用タイヤなどが挙げられる。
実施例1として、樹脂製の支持構造体とゴム製のトレッド部を持つ図1に示す第1実施形態に相当する非空気入りタイヤを試作した。リム径(内側環状部の内径):354.8mm、タイヤ断面高さ(内側環状部の内周面からトレッド部表面までの径方向高さ):83mm、トレッド幅:140mmとし、周方向支持壁22を40対(計80個)設けた。実施例2では、実施例1に対し、左右の周方向支持壁22,22の間を、板バネを弾性部材32として用いて連結した構造とした。実施例3は、図3に示す第2実施形態に相当する例であり、実施例1に対し、幅方向スポーク30を20個追加した構造とした。実施例4は、実施例3に対し、左右の周方向支持壁22,22の間を、板バネを弾性部材32として用いて連結した構造とした。また、コントロールとして、実施例1に対し、周方向支持壁を設けずに幅方向スポークのみをタイヤ周方向に40個配置した比較例の非空気入りタイヤを作製した。
得られた実施例及び比較例の非空気入りタイヤについて、耐久性を評価した。耐久性は、直径1.7mのドラムを備えた室内ドラム試験機を使用し、試験速度を80km/hとし、タイヤ負荷荷重をJIS規定(タイヤサイズが対応する空気入りタイヤのJIS規定)の85%から始め、規定時間ごとに荷重を上げていき最終的に140%で走行させた。故障までの走行距離を求め、比較例の値を100とした指数で評価した。指数が大きいほど、耐久性が優れることを示す。結果は、下記表1に示す通りであり、実施例1では、幅方向スポークのみで構成した比較例よりも耐久性に優れていた。また、実施例1に対して周方向支持壁同士を弾性部材で連結した実施例2では耐久性が更に向上した。また、実施例1及び2に対して、周方向支持壁とともに幅方向スポークを組み合わせた実施例3及び4では、耐久性の更なる向上効果が得られた。
Figure 2015113080
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
10,10A,10B,10C、10D…非空気入りタイヤ、
12…内側環状部、14…外側環状部、16…連結部、18…トレッド部、
22,22A…周方向支持壁、30,30A…幅方向スポーク、32…弾性部材
34…中間環状部、36…内側連結部、38…外側連結部、
A…タイヤ軸方向、C…タイヤ周方向

Claims (6)

  1. 内側環状部と、前記内側環状部の外周を取り囲む外側環状部と、前記内側環状部と前記外側環状部をつなぐ連結部と、前記外側環状部の外周に設けられたトレッド部と、を備えた非空気入りタイヤにおいて、
    前記連結部が、タイヤ軸方向両端部に設けられてタイヤ周方向に延びかつ樹脂又はエラストマーからなる周方向支持壁を含み、前記両端部の周方向支持壁が、それぞれタイヤ軸方向外方に向かって凸形状に形成された
    ことを特徴とする非空気入りタイヤ。
  2. 前記周方向支持壁が、タイヤ周方向に間隔をおいて複数設けられた請求項1記載の非空気入りタイヤ。
  3. 前記周方向支持壁が、タイヤ周方向の全周にわたって連続して設けられた請求項1記載の非空気入りタイヤ。
  4. 前記連結部が、前記周方向支持壁とともに、タイヤ軸方向又はタイヤ軸方向に対して傾斜した方向に延びるものであってタイヤ周方向に間隔をおいて配置された複数のスポークを含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の非空気入りタイヤ。
  5. 前記タイヤ軸方向両端部に配された前記周方向支持壁が、両周方向支持壁間の距離を規制する弾性部材により連結された請求項1〜4のいずれか1項に記載の非空気入りタイヤ。
  6. 前記内側環状部と前記外側環状部の間に中間環状部が設けられ、前記連結部が、前記内側環状部と前記中間環状部をつなぐ内側連結部と、前記中間環状部と前記外側環状部をつなぐ外側連結部を含み、前記内側連結部と前記外側連結部の少なくとも一方が前記周方向支持壁を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の非空気入りタイヤ。
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