本发明涉及同时刷牙齿侧面和端部、及部分牙龈的自调节三侧牙刷，确切地说涉及一个有三个各自独立地安装在刷把上的刷头的牙刷，这三个刷头各自独立地进行调节以适应不同的牙齿大小和形状，并且有效地清洗牙齿和沟袋（sulcular pocket）并按摩牙龈。本发明还涉及制造这种三侧牙刷的方法。
许多现有的专利都提出期望：同时清刷牙齿的侧面和端部。1952年3月11日授予Zavagno题目为“Spring Pressed Toothbrush”的美国第2，588，601号专利公开了一种牙刷，该牙刷具有按传统方式固定到刷把上用于清刷牙齿上部和下部的刷毛，该牙刷包括多个U型线部件，该线部件穿过刷把端部伸出，该刷把具有一对固定到U型线部件每一端的刷毛，用于清刷牙齿的端部。在提供这些线部件时要考虑到弯曲性，但这些线部件可能会和部分口腔接触，会引起不适感，甚至引起损伤。另外，由于在这样短距离中发挥作用的弹簧的弹性有限，所以可调节的程度受到限制。
1942年9月10日授予Deutsch的题目为“Toothbrush with Brush-Head Made in Three Parts”的美国第2，214，407号专利公开了一种具有三个有刷毛的刷头的牙刷，用于刷牙齿的三个侧面。类似地，1937年9月14日授予Rudof等人的题目为“Tooth Brush”的美国第2，093，383号专利公开了带有U型刷头的牙刷，在刷头的每一 侧都有刷毛，用于刷牙齿的所有侧面。Rudof的侧刷毛向下端刷毛倾斜。还有，1955年2月8日授予Ripper的题目为“Attachment for Toothbrushes”的美国第2，701，380号专利公开了一种U型附件，该附件可装在常规的牙刷上，使该牙刷能够同时清刷牙齿的顶部和两侧。
1957年10月1日授予Dinhofer的题目为“Flexible Brush Head and Means to Retain it in a Predetermined Position”的美国第2，807，820号专利公开了一种具有倾斜的刷毛的柔性刷头，它同时清刷上牙的两侧和下牙的顶端，或者相反。1962年11月27日授予McGee的题目为“Toothbrush”的美国第3，065，479号专利公开了一种具有三侧刷毛的U型牙刷，用于同时清刷牙齿的顶部和侧面。1941年6月3日授予Garcin的题目为“Toothbrush”的美国第2，244，615号专利也公开了一种具有清刷牙齿三个侧面刷毛的刷头。
1978年9月26日授予Peterson的题目为“Toothbrush for Simultaneous-Surface and Sulcus Cleaming”的美国第4，115，894号专利公开了一种具有多个刷毛的牙刷，这些刷毛的取向要能同时清刷不止一个牙面的表面区域和牙沟。授予Moshoes等人的题目为“Toothbrush Apparatus”的美国第4，972，542号专利公开了一种牙刷头，该牙刷头固定到包含一对侧刷的刷头上，用于清刷牙齿的侧面。
所有上述现有的牙刷都有下述限制或缺点中的某一些或全部：1）这些侧刷和端刷中的每一个都不能彼此独立地移动;2）牙刷笨重并有突起或线部件，它们可能会钩住口腔内的一些区域或使这些区 域感到不适;3）它们的造价昂贵，不使用传统的制造方法和机器;4）它们对于不同形状的牙齿的弯曲程度不足。这些没有足够大弯曲程度的现有的器械会使刷毛弯曲过大，会使刷毛过早地磨损。这种磨损会使清刷不充分，并能损伤牙龈组织。
牙科专家广泛推荐的刷牙方法被称为“Bass技术”。简言之，要求使用者接近45°角握住传统的牙刷，用一半刷毛接触牙齿，另一半刷毛接触牙龈。指示用户进行短距离的来回动作，而不要像多年前指示用户那样上下动作。
这种刷牙方法能清刷珐琅质表面，同时也能提供强有力的牙龈按摩动作，这种动作对牙龈组织有有益的促进作用。这种方法还能使刷毛进入并清刷牙沟（或沟袋），牙沟是芷在牙龈组织后面的牙齿表面。牙龈按摩和牙沟清刷对防止牙周炎是绝对必须要作的，牙周炎现在困扰着七千五百万至一亿美国人。尽管许许多多牙科医生教导他们的患者使用Bass技术，但很少有人遵照执行。这种方法太耗时间并且太难了。在使用传统的牙刷时，要想得到有效的结果，则要求有手上的技巧，大多数患者（他们被确诊有严重牙龈疾病）完全不能正确使用传统的牙刷。
本发明涉及一种减少或根除人为因素的新颖的牙刷。本发明的牙刷是自调节的，适合于口腔中能够碰到的各种牙齿大小和形状。另外，本发明的牙刷具有可调节性，能适应在口腔中的各种牙齿长度。本发明牙刷的刷毛使用尼龙刷毛，其端部磨圆并且磨光，因此可避免珐琅质表面磨损并且避免伤及牙龈组织。还有，可以使用传统的牙刷制造机械制造本发明的牙刷，因此节约了制造费用。本发明的牙刷包 括各有一个细长臂的两个侧刷头和一个中央刷头。每个臂的端部都各自独立地安装或连接到刷把上的一个公共位置。三个刷头彼此独立地起作用。两个侧刷头的刷毛比清刷牙齿端部的中央刷头的刷毛长。侧刷头有一个从15°至40°的迎角，以便使刷毛能进入并清到沟袋。三个刷头的牙刷容易在牙齿上来回移动，并能清刷每个牙齿的端部、两侧、以及沟袋，能随牙刷的移动针对牙齿的长度和宽度进行调节。使用这种牙刷勿需实践或训练，不需要什么努力，仅需短时间的使用，就能够进行有效的清刷。
可调节刷的一个优选实施例使用了具有细长臂的三个刷头，该臂沿其纵轴伸展。将三个刷头制成基本上是U型的形状，它们的细长臂相互平行。这些臂的端部都连接到刷把上。侧刷头的位置应能使侧刷头的侧毛形成一个15°至40°的角度，并且最好是27°，从而可使侧刷毛进入并清刷沟袋。三个刷头中的任一刷头要能相对于其它两个刷头独立移动。于是，两个侧刷头对于较宽的牙齿可以分开，而对于较窄的牙齿可以靠拢在一起，并且中央刷头可随牙齿长度变化上下移动。由于固定到每个刷头上的臂相当长，即使刷头移动，侧刷头刷毛的迎角仍然保持相对不变。刷头平滑而紧凑，因此不会钩住口腔中的任何表面部分，或使这些部分感到不适。侧刷头臂的端部配合模铸在它们的端部，使它们能快速配合在刷把的端部。但是，还可以使用许多其它的办法将所有三个刷头的臂的端部连接到刷把上。
本发明的制造方法采用了模铸工艺，按此工艺将所有三个刷头和刷把模铸成单件，侧刷头平放在中央刷头的每一侧。用导板将两个侧刷头连接到中央刷头上，这些导板在移动模铸单元之前的整个各 制造步骤中都保持着各个部件彼此间的准确位置。将牙刷平放到传统的栽毛机（tufting machine）中，并将刷毛推入在所有三个刷头上形成的孔中。下一个步骤是修整刷毛至正确的长度。在修整站，保持两个侧刷头相对于中央刷头成预定角度，并将刷毛修整成直线，好像该牙刷是传统的牙刷似的。但由于侧刷头被弯曲并且和中央刷头分隔开，因此每个侧刷头的刷毛长度都比中央刷头刷毛长，并且要将侧刷头的刷毛切割成一定角度。
刷毛的修整长度是影响刷毛硬度（即软、中等、硬）的主要因素之一。修整越长，刷毛越软。修整越短，刷毛越硬。刷毛直径也影响硬度。牙科专家期望，软刷毛接触牙龈，略微硬些的刷毛接触珐琅质表面。本发明的修整和结构准确地给出了牙科专家们期望的两种位置。这里，中央刷头具有仅与牙齿珐琅质表面接触的短而硬的刷毛，而两个侧刷头具有与牙龈接触并要进入沟袋的长而软的刷毛。再有，应该注意的是，由于侧刷头刷毛被修整成一定角度，因此侧刷头具有与牙龈接触的较长刷毛和与牙齿接触的较短刷毛。
现在回到制造方法。然后，将刷毛端部磨圆和磨光。在这一步骤期间，两个侧刷头再次保持相对于中央刷头的相同预定角度，以维持所有的刷毛端部在一个平直的平面内。接着，剪断连接每个刷头至邻近刷头的导板，把刷头分隔开。现在可以将分开的侧刷头连接到刷把上了。优选的连接方式是使每个侧刷头的端部都能快速配合进刷把内。可以使用许多其它的连接三个刷头的方法，例如粘结、钉接、压紧套管、等等。重要的是，牙刷和刷毛部分要分开一定的距离，使三个刷头可充分弯曲，针对不同的牙齿形状可各自独立地浮动和调节。连接 方法最好不会产生钩住口腔内部的任何障碍物。
从下面结合附图的详细描述，将会使本发明的其它方面变得更加清楚。但应该认识到，给出的详细描述和特殊实例虽然代表了优选实施例，但也只是为了进行说明。
图1是本发明可调牙刷的平面图;
图2是图1所示牙刷的侧视图;
图3a、b、c和d是沿图1的3-3线取的剖面图，说明侧刷头相对于中央刷头的各种位置;
图4是沿图1的4-4线取的剖面图;
图5是沿图1的5-5线取的剖面图，说明侧刷头相对于刷把的快速配合锁紧关系;
图6是说明本发明牙刷模铸方式的一个平面图;
图7是沿图6的7-7线取的剖面图，表示模铸后侧刷头和中央刷头的剖面;
图8是修整后图7所示刷头的剖面图;
图9是修整和磨光刷毛后图8刷头的剖面图;
图10是沿图6的10-10线取的剖面图;
图11是沿图6的11-11线取的剖面图;
图12是一个放大了的端视图，表示刷牙之前三个刷头处于它们的正常位置内;
图13是一个放大的端视图，表示两个侧刷头和一个中央刷头，其中侧刷头的刷毛既和珐琅质接触又和牙龈的沟袋接触，中央刷头的刷毛和牙齿的端部珐琅质部分相接触。
下面的描述是实施本发明的最佳期望方式。这个描述是为了说明本发明的一般原理，不应该被认为是对本发明的限制。
按照本发明，图1和图2表示出一个可调牙刷，该牙刷有一个刷把10、一个有刷毛束12的中央刷头11、以及有刷头束17和18的两个侧刷头14和16。中央刷头11包括在21处和刷把10相连的细长臂19。臂19最好和刷把10整体式构成。臂19要比刷把10的宽度窄得多，并且可以弯曲，以便在使用牙刷时能适应不同长度的牙齿。中央刷头模铸成多个凹槽或孔41以便接纳刷毛、按常规方式形成刷毛束。臂22在24处和刷把10相接，这将在下面作较全面的描述。类似地，侧刷头16有一个细长臂26和一个加大了的头部27，在头部27上有许多凹槽或孔41以容纳刷毛束18。臂26的端部在28处和刷把10相接，这将在下面作较全面的描述。刷头11、14和16除了在21、24和28外，在它们的长度方向上互不相接。因此，各个刷头彼此独立移动，因而它们能够适应于各种长度的牙齿以及各种宽度和尺寸的牙齿。刷把10有一个变宽的部分15，并在部分15的上部和下部形成凹陷处20和25以便容纳使用者的母指和食指。按这种方式夹住牙刷便于进行刷牙操作。
现在参照图3a、3b、3c和3d。图中表示的是各个刷头的端视图。特别要参照图3a，如图所示，中央刷头11有刷毛束12，刷毛束12直到顶部被修整平直。还应注意到，刷毛束12比侧刷头14和16上的刷毛束短，因此较硬。这样作的原因是，牙科专业人员宁愿对牙的法琅质部分使用较硬的刷毛，而对和牙龈软组织接触的牙刷部分使用较柔软的刷毛。侧刷头14有刷毛17，它比中央刷头11的刷毛12 长。刷毛17相对于侧刷头14平面还要切割成一个角度，即图3a中所示的α角。α角是在侧刷头14所在平面和与中央刷头11垂直的平面之间的角。理想的α角在约15°至40°之间。优选的α角是27°左右。显然，如果α角接近15°，则就要将刷毛17和18切短些。相反地，当α角接近于40°，则就要将刷毛17和18切长些。侧刷头16的结构和上述侧刷头14的结构相同。最好将α角选择成在使用时能变成接近于45°的迎角。已经发现，当α角为27°左右时，刷毛弯曲靠向牙齿和牙龈，所成的迎角（见图3c中的β角）接近45°。
图3b表示被迫分开的侧刷头14和16，在刷毛17和18之间好像有一个牙齿，中央刷头11依然保持它在图3a中的相同位置。图3c表示仍旧处于图3b中相同位置的侧刷头14和16，只是中央刷头11向下偏移了。图3d表示和图3a具有相同位置的侧刷头14和16，只是中央刷头11向下偏移了。从所有这些视图可以看出，每一个刷头都是彼此独立地运动着，因此可以适应各种宽度和长度的牙齿。同样明显的是，侧刷头14和16也是彼此独立地运动着。还可以看出，如图3c所示的刷毛迎角β不管清刷的牙齿宽度有多大、也不管刷毛17和18之间的间隔有多大，基本上保持不变。当刷毛接触牙齿和牙龈时该迎角变大（见图13），最好接近45°，这个角度被认为是最佳值。
现在参照图4。图4表示的是沿图1的4-4线取的剖面图。在中央刷头11细长臂19的每一侧分别定位侧刷头14和16的细长臂22和26。这三个臂在这里没有相接，因此臂26和22都可以自臂19移开。
现在参照图5、7、10和12。刷把10有一个用27概括表示的端部，在端部27中形成两个凹槽28和29。臂16的端部26的形状和凹槽28的形状互补。臂14的端部30的形状和凹槽的形状互补。如图10和12所示的端部26包括一个饼形部分31，饼形部分3部分与一端有突起33的细长部分32整体式地制做在一起。在下面将要较全面介绍的牙刷组装过程中，将臂16的端部26定位在刷把10的凹槽28上方，并将向下伸展部分32插入其中。塑料有足够大的柔性，能让突起33穿过凹槽28的较小通道35并靠臂19的底部34锁紧。在图5中可以清晰地看到这种锁紧配合。因而，侧刷头16和14的端部26和30分别快速配合进入刷把10，就把每一个侧刷头独立地连接到手柄10上，并且使侧刷头14和16彼此之间并且相对于中央刷头12都能独立地移动。虽然以上只描述了侧刷头16的端部26的锁紧配合，但很明显，侧刷头14的端部30和端部26是镜像关系，并且侧刷头14的端部30锁紧配合进入凹槽29对每一个侧刷头而言全是相同的。
现在参照图6和7，其中表示的是本发明的三侧牙刷的示意图，用于说明制造方法。准备一个常规的模具来制造基本上单片形式的牙刷。刷把10与中央刷头12和臂19整体式地制成。按以前参照图5和12的描述形成刷把10的端部27，以形成凹槽28和29，凹槽28和29允许端部26和30锁入刷把10以形成刷头转动和可调节运动的转轴。如图6和7所示，将所有这三个刷头都模铸在一个平直的或平面的位置。通过导板36和37将侧刷头16连到中央刷头12上。通过导板38和39将侧刷头14连到中央刷头12上。导板36、37、38和 39将刷头固定在一起，并且彼此精确定位，因此当牙刷在各个制造步骤中移动时各个刷头间就能维持这种关系。
在如图7所示完成了模铸步骤后，将牙刷平放在一个常规的栽毛机（未示出）内。每一个刷头都有多个在模铸阶段形成的孔或凹槽41。栽毛机鉴别出标准的直刷毛，并按常规的方式在每一个通孔41中插入并锁紧一束刷毛。
按照传统的给牙刷栽刷毛的方法，要给刷把坯料提供一系列预先成型的孔，每一个孔随后接纳一个刷毛束。在栽毛机中将刷把坯料定位在栽毛机头的下方。拣选机进行计数，并且抓住预定数目的刷毛，并把这束刷毛送到预成型孔的正上方并和该孔垂直的一个位置。将一个直径略大于该孔直径的小型金属固定器的中点垂直定位在刷毛束的上方。驱动机构向下移动，接触上金属固定器，推压金属固定器靠紧刷毛束的顶部，向下移动刷毛束以便对折刷毛束，并且当驱动机构继续驱动对折的刷毛束和固定器进入孔中时驱动机构还要引导刷毛束前进。由于驱动机构继续向下，所以金属固定器在孔的两侧切断塑料的边缘并被埋藏在刷把坯料的表面的下方。现在，刷毛束的两个端部相互靠近固定住了并且形成了由固定器锁入坯料的一个U型刷毛束。传统的栽毛机已经达到每分钟按以上所述可栽700个孔以上的水平。这就使毛刷的生产能以高自动化速度和极低的成本进行着。任何不按毛刷栽毛标准技术进行的生产，必将导致成本的显著增加。
按本发明的主题的三侧牙刷可以使用标准的栽毛机，它是一种传统的牙刷似的。因此，所有的栽毛机似乎只“观察到”具有通孔的多 个刷头，这就使刷毛能插入并锁紧在这些孔内。与此相似地，在本发明的新颖制造方法中可以使用修整所有刷毛使其直立至顶端的传统机器。
按照本发明制造方法的下一个步骤是将刷毛修整至期望的长度。从图8可以看到在模铸时三个刷头12、14和16是如何放在一个基本上相同的平面内的。栽毛以后，刷头的剖面图示于图9中。为了切割刷毛至期望的长度，夹住丙个侧刷头14和16，或者让它们下弯成一个预定的角度θ，如图9所示，这样一来就可以使修整操作在一个直线（用线45表示）上进行。修整机只看到了这个牙刷，好像它是一个标准的牙刷一样，目标就是把刷毛修整平直。导板36、37、38和39薄而柔软，对于向下移动侧刷头至合适角度的阻力很小。还要注意的是，由于侧刷头14和16相对于中央刷头12要保持一定角度，因此刷头14的刷毛17的端部以及刷头16的刷毛18的端部都要被切割成一定的角度。
该制造方法的下一个步骤是磨圆和磨光刷毛端部。在这一步骤中，两个侧刷头再次向下弯成相同的预定角度，让磨圆和磨光机能够处理刷毛，好像它是具有相等长度刷毛的传统牙刷一样。虽然最好进行磨圆和磨光，但如果期望，可以省去这一步骤。在磨光刷毛后，或者用手工方法或者用自动化方法拆下导板36、37、38和39，三个刷头准备好进行最后的装配。
该制造方法的下一个步骤是连接三个刷头。可以使用许多方法将三个刷头的端部在公共点处连接到刷把上。例如可以将这些端部粘结、钉结、或夹结在一起，或者在三个刷头外包一个套管以便将它 们固定在一块。这里给出的优选实施方案是，使用如前所述的每个侧刷头16和14的特制端头26和30快速配合进入在刷把端部中形成的凸槽28和29中。这种作法便利于装配，不需要任何附加的连接材料。侧刷头14和16与刷把10的连接或者用手工方式进行，或者按机器自动化方式进行。侧刷头16和14的端部26和30快速配合进入刷把10的凹槽28和29的内部，使三个刷头能在远离刷头端部的转轴或连接点的地方针对各种各样的牙齿形状和尺寸进行各自独立的浮动和调节。
再有，两个侧刷头的角度（在图3a和12中为α角）在15°-40°的范围内，27°左右则最佳。这就允许刷毛端部容易进入并清洗如图13中标号42和43处所示的沟袋处。这种牙刷能够清刷每个牙齿的沟袋，其中包括用传统牙刷的手动操作极难到达的磨牙的内部，有助于大多数用户借助于相当简单的前后运动就可正确的刷牙。使用本发明的牙刷，能够同时刷洗每个牙齿的两个侧面、以及牙龈和沟袋，还能清洗每个牙齿的端部。使用本发明的牙刷对于消除牙龈疾病有明显效果。
显然这里是用一些优选实施例来描述并举列说明了本发明，但本领域的技术人员会很容易认识到，在不离开本发明构思的前提下还可以作出许许多多的改进、变化、省略、以及代换。因此我们期望，本发明只受下述的权利要求书的范围的限制。