JP6624216B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、トレッド部の表面にタイヤ周方向に延在する主溝を備えた空気入りタイヤに関する。
近年、空気入りタイヤを構成するゴム組成物に関して、耐摩耗性、低燃費性(低転がり性能)、ウェット路面における操縦安定性能(ウェット性能)の向上やタイヤ重量の軽減を可能にし、これら性能を高次元で両立するための様々な対策が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。一般的に、これら性能のうち耐摩耗性については、例えば、空気入りタイヤのトレッド部を構成するトレッド用ゴム組成物にカーボンブラックを多量に配合することで向上できることが知られている。しかしながら、このような配合では転がり特性の悪化が懸念される。そこで、カーボンブラックに替えてシリカを配合して転がり特性の向上を図ることも提案されているが、シリカの配合比率が高いと耐摩耗性や耐久性が低下する恐れがあり、これら性能を両立することが困難であるという問題がある。そのため、トレッド用ゴム組成物の配合を最適化して、耐久性(悪路走行時の耐外傷性)を維持しながら、耐摩耗性、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性を向上するための対策が求められている。
特開2006‐151244号公報
本発明の目的は、耐久性(悪路走行時の耐外傷性)を維持しながら、耐摩耗性、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性を向上することを可能にした空気入りタイヤを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部とを備え、前記トレッド部の表面にタイヤ周方向に延在する主溝を備えた空気入りタイヤにおいて、前記主溝の溝深さが7mm〜11mmであり、前記トレッド部を構成するトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分として天然ゴム10質量%〜20質量%とスチレンブタジエンゴム40質量%〜50質量%とブタジエンゴム25質量%以上40質量%未満とを含み、このゴム成分の平均ガラス転移温度Tgが−50℃以下であり、前記ゴム成分100質量部に対してシリカ60質量部〜80質量部が配合され、前記シリカの配合量はカーボンブラックおよびシリカの合計量の80質量%以上であり、アロマオイルが前記シリカ量に対して20質量%〜35質量%配合され、前記トレッド用ゴム組成物の破断強度TB(MPa)と破断伸びEB(%)と貯蔵弾性率E′(MPa)とが、8≦(TB×EB)/(E′×100)の関係を満たすことを特徴とする。
本発明の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物が上述の配合であるため、耐久性(悪路走行時の耐外傷性)を維持しながら、耐摩耗性、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性を向上することができる。特に、このトレッド用ゴム組成物を、主溝の溝深さが上述の範囲であるトレッド部に採用しているので、上述の性能を効果的に発揮することができる。
本発明では、シリカのCTAB吸着比表面積が140m2 /g〜220m2 /gであることが好ましい。これにより、トレッド用ゴム組成物の物性が更に良好になり、耐久性を維持しながら、耐摩耗性、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性を向上するには有利になる。
本発明では、接地面積に対する前記主溝の面積比率が20%〜25%であることが好ましい。このように主溝の面積比率を設定することで、上述の配合のトレッド用ゴム組成物との協働により、耐久性を維持しながら、耐摩耗性、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性を向上する効果をより効果的に発揮することができる。
本発明では、トレッド用ゴム組成物の破断強度TB(MPa)と破断伸びEB(%)と貯蔵弾性率E′(MPa)とが、8≦(TB×EB)/(E′×100)の関係を満たす。これにより、トレッド用ゴム組成物の物性のバランスがより良好になり、耐久性を維持しながら、耐摩耗性、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性を向上するには有利になる。尚、破断強度TBは、JIS K6251に準拠して、室温(23℃)で測定した値(単位:MPa)である。破断伸びEBは、JIS K6251に準拠して、室温(23℃)で測定した値(単位:%)である。また、貯蔵弾性率E′は、JIS−K6394に準拠して、粘弾性スペクトロメーターを用い、周波数20Hz、初期歪み10%、動歪±2%の条件で、室温(23℃)で測定した値(単位:MPa)である。
本発明において、「接地面積」とは、タイヤを正規リムにリム組みして正規内圧を充填した状態で平面上に垂直に置いて正規荷重を加えたときのタイヤ軸方向の両端部(接地端)の間の接地領域の面積である。「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えば、JATMAであれば標準リム、TRAであれば“Design Rim”、或いはETRTOであれば“Measuring Rim”とする。「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、JATMAであれば最高空気圧、TRAであれば表“TIRE ROAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES”に記載の最大値、ETRTOであれば“INFLATION PRESSURE”であるが、タイヤが乗用車用である場合には180kPaとする。「正規荷重」は、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、JATMAであれば最大負荷能力、TRAであれば表“TIRE ROAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES”に記載の最大値、ETRTOであれば“LOAD CAPACITY”であるが、タイヤが乗用車用である場合には前記荷重の88%に相当する荷重とする。
本発明の実施形態からなる空気入りタイヤの子午線断面図である。 本発明の空気入りタイヤのトレッド部の一例を模式的に示す正面図である。
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に示すように、本発明の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部1と、このトレッド部1の両側に配置された一対のサイドウォール部2と、サイドウォール部2のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部3とを備えている。尚、図1において、符号CLはタイヤ赤道を示し、符号Eは接地端を示す。
左右一対のビード部3間にはカーカス層4が装架されている。このカーカス層4は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部3に配置されたビードコア5の廻りに車両内側から外側に折り返されている。また、ビードコア5の外周上にはビードフィラー6が配置され、このビードフィラー6がカーカス層4の本体部と折り返し部とにより包み込まれている。一方、トレッド部1におけるカーカス層4の外周側には複数層(図1では2層)のベルト層7が埋設されている。各ベルト層7は、タイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。これらベルト層7において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば10°〜40°の範囲に設定されている。更に、ベルト層7の外周側にはベルト補強層8が設けられている。ベルト補強層8は、タイヤ周方向に配向する有機繊維コードを含む。ベルト補強層8において、有機繊維コードはタイヤ周方向に対する角度が例えば0°〜5°に設定されている。
トレッド部1におけるカーカス層4の外周側にはトレッドゴム層11が配され、サイドウォール部2におけるカーカス層4の外周側(タイヤ幅方向外側)にはサイドゴム層12が配され、ビード部3におけるカーカス層4の外周側(タイヤ幅方向外側)にはリムクッションゴム層13が配されている。トレッドゴム層11は、物性の異なる2種類のゴム層(キャップトレッドゴム層およびアンダートレッドゴム層)をタイヤ径方向に積層した構造であってもよい。
本発明は、このような一般的な空気入りタイヤに適用されるが、その基本構造は上述の構造に限定されるものではない。
本発明の空気入りタイヤのトレッド部1の外表面には、タイヤ周方向に延びる複数本の主溝21が必ず設けられる。尚、本発明において、「主溝」とは、タイヤ周方向に延在する溝幅が10mm〜20mmの溝を指し、タイヤ周方向に延在する溝であっても溝幅が10mm未満の細溝(例えば、図2の周方向細溝24)は含まないものとする。この主溝21は、溝深さが7mm〜11mm、好ましくは8mm〜10mmに設定されている。また、接地面積に対する主溝21の面積比率が20%〜25%、好ましくは23%〜25%になるように、主溝21の本数や溝幅が設定されている。例えば、図2に示す例では、3本の主溝21が設けられて、各主溝21の溝幅が例えば6mm〜10mmに設定されている。このように主溝21の溝深さや面積比率を適度な範囲に設定することで、耐摩耗性能とウェット性能とをバランスよく両立することができる。また、主溝21は通過音の要因の一つであるので、上述の溝深さや面積比率によって通過音も低減することができる。主溝21の溝深さが7mmよりも小さいとウェット性能が低下する。主溝21の溝深さが11mmよりも大きいと耐摩耗性能が低下する。主溝21の溝面積比率が20%よりも小さいとウェット性能が低下する。主溝21の溝面積比率が25%よりも大きいと耐摩耗性能が低下する。
本発明では、主溝21以外の溝の構造は特に限定されない。例えば、主溝21によって区画された各陸部に、タイヤ幅方向に延在するラグ溝やサイプ、タイヤ周方向に延在する細溝やサイプなどを設けることもできる。これら主溝21以外の溝は、所望するタイヤ性能に応じて適宜設けることができる。例えば、図2の例では、図2の例では、3本の主溝21によって4列の陸部22が区画されている。また、各主溝21のタイヤ幅方向の一方側には、タイヤ幅方向に延在して、一端が主溝21に連通し、他端が陸部22内で終端する複数本のラグ溝23がタイヤ周方向に間隔をおいて設けられている。更に、タイヤ幅方向の一方側のショルダー陸部(タイヤ幅方向最外側の陸部)には、タイヤ周方向に延在する周方向細溝24と、この周方向細溝24のタイヤ幅方向外側でタイヤ幅方向に延在する複数本のショルダーラグ溝25と、周方向細溝24に連通してタイヤ赤道CL側に向かってタイヤ幅方向に延在して陸部22内で終端するラグ溝26が設けられている。また、タイヤ幅方向の他方側のショルダー陸部には、主溝21に連通せずにタイヤ幅方向に接地端Eを超えて延在するショルダーラグ溝27が設けられている。図2のトレッドパターンは、本発明と組み合わせることでより優れたタイヤ性能を発揮するものである。
本発明のトレッドゴム層11を構成するゴム組成物(以下、「トレッド用ゴム組成物」と言う。)において、ゴム成分はジエン系ゴムであり、具体的には、天然ゴムとスチレンブタジエンゴムとブタジエンゴムとの3種で構成される。ジエン系ゴムとして、天然ゴムとスチレンブタジエンゴムとブタジエンゴムとの3種を用いることで、ゴム組成物の耐摩耗性を良好にすることができる。天然ゴムやブタジエンゴムとしては、空気入りタイヤのトレッド用ゴム組成物に通常用いられるものを使用するとよい。スチレンブタジエンゴムとしては、乳化重合スチレンブタジエンゴム、溶液重合スチレンブタジエンゴムを用いることができ、これらを単独又は複数のブレンドとして含有してもよい。
これら3種のゴムを用いるにあたって、これらゴムの平均ガラス転移温度を−50℃以下、好ましくは−55℃〜−65℃にする。このようにガラス転移温度を低く設定することで、耐摩耗性を良好にすることができる。これらゴムの平均ガラス転移温度が−50℃を超えると転がり抵抗が悪化する。尚、平均ガラス転移温度は、各ゴムのガラス転移温度と各ゴムの配合量に基づく加重平均値である。
天然ゴムの配合量は、ジエン系ゴム100質量%に対して好ましくは5質量%〜20質量%、より好ましくは10質量%〜15質量%である。スチレンブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム100質量%に対して好ましくは30質量%〜60質量%、より好ましくは40質量%〜50質量%である。ブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム100質量%に対して好ましくは20質量%〜40質量%、より好ましくは25質量%〜35質量%である。
本発明のトレッド用ゴム組成物は、シリカが必ず配合される。シリカを配合することでトレッド用ゴム組成物の強度を高めることができる。シリカの配合量は、上述のジエン系ゴム100質量部に対して、50質量部〜100質量部、好ましくは60質量部〜80質量部である。シリカの配合量が50質量部未満であると耐摩耗性能が悪化する。シリカの配合量が100質量部を超えると低転がり性能が悪化する。
シリカのCTAB吸着比表面積は、特に限定されないが、好ましくは140m2 /g〜220m2 /g、より好ましくは150m2 /g〜170m2 /gであるとよい。シリカのCTAB吸着比表面積が140m2 /g未満であると耐久性や耐摩耗性やウェット性能が悪化する。シリカのCTAB吸着比表面積が220m2 /gを超えると加工性が悪化する。
シリカとしては、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるシリカ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。シリカは、市販されているものの中から適宜選択して使用することができる。また通常の製造方法により得られたシリカを使用することができる。
本発明のトレッド用ゴム組成物には、カーボンブラックを配合することができる。カーボンブラックを配合することにより、ゴム組成物の強度を高くし耐摩耗性を高くすることができる。カーボンブラックとしては、ASTM D1765により分類された等級が、例えばISAF級であるカーボンブラックを使用することが好ましい。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対して好ましくは3質量部〜30質量部、より好ましくは5質量部〜20質量部である。
カーボンブラックを配合する場合、前述のシリカの配合量はカーボンブラックおよびシリカの合計量の80質量%以上、好ましくは85質量%以上にするとよい。このように充填剤に占めるシリカの割合を充分に多くすることで、転がり特性と耐久性を良好にすることができる。シリカの割合が80質量%未満であると転がり特性が悪化する。尚、充填剤としてシリカのみを配合する(シリカの割合を100質量%にする)こともできる。
本発明のトレッド用ゴム組成物では、シリカの分散性を向上しジエン系ゴムとの補強性をより高くするために、シリカと共にシランカップリング剤を配合してもよい。シランカップリング剤の配合量は、シリカの配合量に対して好ましくは5質量%〜15質量%、より好ましくは7質量%〜12質量%にするとよい。シランカップリング剤の配合量がシリカの配合量の5質量%未満であると、シリカの分散性を向上する効果が充分に得られない。また、シランカップリング剤が15質量%を超えると、シランカップリング剤同士が重合してしまい、所望の効果を得ることができなくなる。
本発明のトレッド用ゴム組成物は、アロマオイルが前述のシリカ量に対して40質量%以下、好ましくは20質量%〜35質量%配合される。このように適度な量のアロマオイルを配合することで、耐久性を良好にすることができる。アロマオイルの配合量が40質量%を超えると悪化する。
本発明のトレッド用ゴム組成物には、上記以外の他の配合剤を添加することができる。他の配合剤としては、シリカ以外の充填材、加硫促進剤、老化防止剤、液状ポリマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など、一般的に空気入りタイヤ用ゴム組成物に使用される各種配合剤を例示することができる。これら配合剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量にすることができる。また混練機としは、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用することができる。
上述の配合で構成された本発明のトレッド用ゴム組成物は、更に、破断強度TB(MPa)と破断伸びEB(%)と貯蔵弾性率E′(MPa)とが好ましくは8≦(TB×EB)/(E′×100)の関係、より好ましくは8≦(TB×EB)/(E′×100)≦18の関係を満たしているとよい。このような物性を有することで、外傷に対する耐久性を効果的に高めることができる。破断強度TB(MPa)と破断伸びEB(%)と貯蔵弾性率E′(MPa)とが上述の関係を満たさず、8>(TB×EB)/(E′×100)の関係であると、耐外傷性を高める効果が限定的になる。尚、これら破断強度TB(MPa)、破断伸びEB(%)、貯蔵弾性率E′(MPa)のそれぞれの値は特に限定されないが、破断強度TB(MPa)については例えば18MPa〜24MPa、破断伸びEB(%)については例えば400%〜600%、貯蔵弾性率E′(MPa)については6.0MPa〜12.0MPaに設定することができる。
本発明のトレッド用ゴム組成物は、上記の配合によって、耐久性(悪路走行時の耐外傷性)を維持しながら、耐摩耗性、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性を向上することができる。そのため、主溝21の溝深さと面積比率とが上述の範囲に設定されたトレッド部1に採用することで、上述の性能をより効果的に発揮することができ、これら性能を高次元でバランスよく両立することができる。
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
表1〜3に示す配合からなる23種類のトレッド用ゴム組成物(標準例1、比較例1〜7、実施例1〜15)を、それぞれ加硫促進剤および硫黄を除く配合成分を秤量し、1.7Lの密閉式バンバリーミキサーで5分間混練し、温度150℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。その後、このマスターバッチを同じ1.7Lの密閉式バンバリーミキサーに供し、加硫促進剤及び硫黄を加え2分間混合してトレッド用ゴム組成物を調製した(尚、実施例1,3,6〜8は参考例である)
尚、表1〜3において、SBR1〜3の配合量は、油展品のオイル分を除いた正味のゴム成分の配合量を記載した。また、アロマオイルの欄には、トレッド用ゴム組成物に配合したアロマオイルとSBR中の油展オイルを含めた合計量を記載した。
表1〜3には、各トレッド用ゴム組成物の破断強度TB(MPa)、破断伸びEB(%)、弾性率E′(MPa)に基づいて計算した式(TB×EB)/(E′×100)の値も併記した。
更に、各トレッド用ゴム組成物をトレッド部に用いて、タイヤサイズが235/65R16であり、図1に示す基本構造を有し、図2に示すトレッドパターンを基調とし、主溝の溝深さと、主溝の溝面積比率とを表1〜3のように設定した空気入りタイヤを作製し、下記に示す方法により、耐摩耗性能、低転がり性能、ウェット路面における操縦安定性能(ウェット性能)、悪路走行時の耐外傷性能(耐久性)の評価を行った。
耐摩耗性能
各試験タイヤをリムサイズ16×7Jのホイールに組み付けて、空気圧を350kPaとして試験車両に装着し、舗装路面において10,000kmを走行し、走行後の摩耗量を測定した。評価結果は、測定値の逆数を用いて、標準例1の値を100とする指数にて示した。この指数値が大きいほど摩耗量が小さく耐摩耗性に優れることを意味する。
低転がり性能
各試験タイヤをリムサイズ16×7Jのホイールに組み付けて、空気圧を350kPaとして、室内ドラム試験機(ドラム径:1707mm)を用いて、JATMA イヤーブック2009年版記載の当該空気圧における最大負荷荷重の85%に相当する荷重を負荷してドラムに押し付けた状態で、速度80km/hで走行させたときの転動抵抗を測定した。評価結果は、測定値の逆数を用いて、標準例1の値を100とする指数で示した。この指数値が大きいほど転動抵抗が小さく、低転がり性能に優れることを意味する。
ウェット性能
各試験タイヤをリムサイズ16×7Jのホイールに組み付けて、空気圧を350kPaとして試験車両に装着し、ウェット路面においてテストドライバーによる操縦安定性能の官能評価を行った。評価結果は、標準例1を基準(3点)とする5点法にて示した。この評価点が大きいほどウェット性能(ウェット路面での操縦安定性)が優れていることを意味する。
耐久性
各試験タイヤをリムサイズ16×7Jのホイールに組み付けて、空気圧を350kPaとして試験車両に装着し、未舗装路において1,000kmを走行した後、タイヤを目視で観察して外傷の数を計測した。評価結果は以下の五段階で示した。この評価点が「4」であれば従来レベルの良好な耐久性を維持し、評価点が「5」であると特に優れた耐久性を発揮したことを意味する。
1:外傷数が20以上、2:外傷数が11〜20、3:外傷数が6〜10、4:外傷数が2〜5、5:外傷数0〜1
Figure 0006624216
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表1〜3において使用した原材料の種類を下記に示す。
・NR:天然ゴム、SIR20(ガラス転移温度:−65℃)
・SBR‐1:スチレンブタジエンゴム、旭化成社製TUFDENE E581(ガラス転移温度:−36℃)
・SBR‐2:スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製NIPOL1739(ガラス転移温度:−41℃)
・BR:ブタジエンゴム、宇部興産社製UBEPOL BR150(ガラス転移温度:−106℃)
・シリカ1:SOLVAY社製ZEOSIL1165MP(CTAB吸着比表面積:160m2 /g)
・シリカ2:SOLVAY社製ZEOSIL Premium200MP(CTAB吸着比表面積:200m2 /g)
・シリカ3:SOLVAY社製ZEOSIL1115MP(CTAB吸着比表面積:115m2 /g)
・CB:カーボンブラック、新日化カーボン社製ニテロン#300IH
・シランカップリング剤:EVONIK社製Si69
・アロマオイル:昭和シェル石油社製エキストラクト4号S
・亜鉛華:正同化学社製酸化亜鉛3種
・硫黄:細井化学社製油処理イオウ
・加硫促進剤:大内新興化学社製ノクセラーCZ‐G
表1〜3から明らかなように、実施例1〜15の空気入りタイヤは標準例1の空気入りタイヤに対して、耐久性を良好に維持しながら、耐摩耗性能、低転がり性能、ウェット性能を向上し、これら性能をバランスよく両立した。
一方、比較例1の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物がブタジエンゴムを含まないため、ウェット性能および耐久性が悪化した。比較例2の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物が天然ゴムを含まないため、ウェット性能および耐久性が悪化した。比較例3の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物におけるアロマオイルの配合量が多すぎるため耐摩耗性能、ウェット性能、および耐久性が悪化した。比較例4の空気入りタイヤは、シリカの配合量が少なすぎるため、ウェット性能が悪化した。比較例5の空気入りタイヤは、シリカの配合量が多すぎるため、耐摩耗性が悪化した。比較例6の空気入りタイヤは、主溝の溝深さが小さすぎるため、ウェット性能が悪化した。比較例7の空気入りタイヤは、主溝の溝深さが大きすぎるため、耐摩耗性能および耐久性が悪化した。
1 トレッド部
2 サイドウォール部
3 ビード部
4 カーカス層
5 ビードコア
6 ビードフィラー
7 ベルト層
8 ベルト補強層
11 トレッドゴム層
12 サイドゴム層
13 リムクッションゴム層
21 主溝
22 陸部
23,25,26,27 ラグ溝
24 主方向細溝
CL タイヤ赤道
E 接地端

Claims (3)

  1. タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部とを備え、前記トレッド部の表面にタイヤ周方向に延在する主溝を備えた空気入りタイヤにおいて、
    前記主溝の溝深さが7mm〜11mmであり、
    前記トレッド部を構成するトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分として天然ゴム10質量%〜20質量%とスチレンブタジエンゴム40質量%〜50質量%とブタジエンゴム25質量%以上40質量%未満とを含み、このゴム成分の平均ガラス転移温度Tgが−50℃以下であり、前記ゴム成分100質量部に対してシリカ60質量部〜80質量部が配合され、前記シリカの配合量はカーボンブラックおよびシリカの合計量の80質量%以上であり、アロマオイルが前記シリカ量に対して20質量%〜35質量%配合され、前記トレッド用ゴム組成物の破断強度TB(MPa)と破断伸びEB(%)と貯蔵弾性率E′(MPa)とが、8≦(TB×EB)/(E′×100)の関係を満たすことを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. 前記シリカのCTAB吸着比表面積が140m2 /g〜220m2 /gであることを特徴とする請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  3. 接地面積に対する前記主溝の面積比率が20%〜25%であることを特徴とする請求項1または2に記載の空気入りタイヤ。
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