20世纪30年代末，日本陆军航空队得出了一个令人失望的结论：步枪口径的轻型航空机枪已经完全过时。
地勤人员正在检修重型战斗机配备的HO-103航空机枪。
潜在对手已经开始大量装备全金属高速单翼飞机，拥有远超十年前胶合板骨架、斜纹布蒙皮双翼飞机的生存能力。面对双翼飞机时，7.7mm步枪口径航空机枪也足以造成严重损伤；面对全金属单翼飞机时，步枪口径航空机枪无法将其击落。与中国空军的战斗以及诺门坎战役与苏联空军的交战表明，日本战斗机亟需一种更大威力的机枪。唯一的解决方案是研制一种能够击穿敌机装甲、油箱和发动机的大口径航空机枪。
从左至右：.303英国，.5V/580（Mk IIZ），12.7mm布雷达（HE），.5V /690（AP），.50 BMG。
小仓兵工厂、名古屋兵工厂和南部麒次郎领导的南部兵工厂分别研制一款大口径航空机枪，口径确定为11～13mm，弹药的选择却困难重重。日本方面认为美国.50 BMG（12.7×99mm）弹药威力过大，而纳粹德国13×92mm弹药由于外交关系无法获得，最终选择了意大利布雷达12.7×81mmSR弹药。这种弹药具有一个明显的优势：它发射的是爆炸弹丸，从一定程度上弥补了日本战斗机缺少小口径航空机炮导致的威力不足的问题。
二战时期各国航空机枪的对比。
随后，各研发单位分别推出了各自的设计方案。小仓兵工厂以意大利斯科蒂（Scotti）M1933机枪为基础，研制了Ho-101航空机枪。该枪采用导气式自动原理，具有重量轻、结构紧凑的特点。日本工程师仿制了该枪的机械结构，但不知为什么放弃了弹链供弹方式，转而采用弹鼓供弹。
该枪有两种炮塔安装型号：Ho-101甲型采用双握把中央扳机，Ho-101乙型采用小握把。名古屋兵工厂以布雷达设计为基础，研制了Ho-102机枪。该枪采用枪管短后坐自动原理，采用两种供弹方式：弹链和35发弹鼓。这两种方案均进入了原型枪阶段，并在1940～1941年间进行了大量测试，然而，陆军审核委员会最终选择了第三个竞争方案。
Ho-101甲型航空机枪。
设计了十四年式手枪（“王八盒子”）等多种日军枪械的南部麒次郎，采用了一种务实的做法。他仿制了美国勃朗宁M1921重机枪——此前，侵华日军在中国战场上缴获过几挺该型机枪。因为性能可靠、结构精良且平衡性极佳，勃朗宁机枪被视为行业标杆。南部麒次郎对弹膛进行了改装，使其能够发射意大利12.7×81mm弹药。由于这种弹药枪口动能较小，产生的后坐能量也较低，他为该枪加装了枪口助退器——这是一种杯状装置，利用枪口位置的火药燃气推动枪管向后运动。
同时，将勃朗宁M1921机枪上的油压缓冲器换成了结构简单的弹簧缓冲器。击发结构设计成可调式，支持开膛待击和闭膛待击两种射击模式。尽管弹链供弹方向无法改变，但工厂生产了两种不同供弹方向的型号。于是，Ho-103航空机枪就诞生了。
Ho-102航空机枪。
1941年秋，Ho-103以“一式航空机枪”的编号列装日本陆军航空队。该枪重量为23千克，枪管长810mm，理论射速900发/分钟。弹丸重量33～37克，枪口初速780米/秒。中岛Ki-43战斗机成为第一款配备该型机枪的飞机。然而，安装在发动机上方的一式航空机枪因为同步器遇到了严重问题。同步器的作用是防止弹丸击中旋转的螺旋桨叶，所以，在某些螺旋桨转速下，航空机枪的实际射速会降至400发/分钟。
最初，习惯了高火力密度的日本飞行员倾向于保留一挺步枪口径的八九式航空机枪，但这种做法很快被放弃了，Ki-43开始装备两挺一式航空机枪（Ho-103）。日本飞行员掌握了最佳的发动机转速，在这种模式下，机枪射速下降幅度变得不再明显。
Ho-103航空机枪。
由于需要一种炮塔机枪，在Ho-103的基础上研制了Ho-104机枪。Ho-104机枪加装了小握把，并采用了改进的弹链供弹系统和不同结构的枪口助退器，使用反射式瞄准镜进行射击。Ho-104机枪首先安装到Ki-21-II轰炸机的背部炮塔上，后来广泛用于Ki-49、Ki-67和Ki-102轰炸机。
有趣的是，Ho-104这个编号从未被日军部队接受，出于惯性仍然称之为Ho-103。由于南部兵工厂的产能不足以满足前线日益增长的需求，小仓兵工厂和名古屋兵工厂也生产过这款机枪。
Ho-104航空机枪。
Ho-103机枪有多种配套弹药，这些弹药由东京兵工厂生产。铅芯弹丸重33克，弹尖有粉色标记；曳光弹的弹尖有绿色标记；穿甲曳光弹丸重35.4克，弹尖有黑色或白色和绿色标记，这些色彩方便区分弹种。日本军队最引以为傲的就是两种爆炸弹丸：Ma-102弹丸撞击目标时就会爆炸，而Ma-103弹丸则配备了完整的引信装置，这种弹丸重37克，装填了0.8克炸药，可以产生足以破坏敌机结构的破片。
二战后期，美军在马尼拉附近缴获了一挺由Ho-103航空机枪改装的多管机枪。
直至二战结束，Ho-103航空机枪一直是日本陆军航空队的主力武器，安装在Ki-43、Ki-44、Ki-61、Ki-84和Ki-100战斗机，以及Ki-51轻型轰炸机，该枪的主要缺陷——同步器导致射速下降——从未得到解决。尽管如此，仿制美国勃朗宁机枪、使用动能较小的意大利弹药（爆炸弹丸）的Ho-103机枪，却成为了同类产品中最成功、产量最大的型号。
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