後装式ライフル銃

中世初期の大砲は後装式で、火薬と砲弾は砲身後部に落とし込んだ壺に詰められていたが、密閉性が悪く危険だった上、摩耗も早く、大型兵器への拡張もできなかった。19世紀までは、主に前装式大砲が使用されていた。

1837年、 マルティン・フォン・ヴァーレンドルフは、水平楔で固定された円筒形の尾栓を備えた後装式砲の設計を特許取得し、1854年にスウェーデンで採用された。これとは別に、ジョヴァンニ・カヴァッリは1832年にサルデーニャ軍に後装式砲を初めて提案し、1845年にその砲を初めて試験した。

産業時代の冶金技術の進歩により、はるかに高い初速で発射できる後装式ライフル砲の製造が可能になった。クリミア戦争でイギリスの砲兵隊がナポレオン戦争以来ほとんど変わっていないことが露呈した後、実業家のウィリアム・アームストロングは政府から新しい砲の設計契約を与えられた。1855年にエルズウィック兵器会社とウーリッジの王立兵器廠で生産が開始された。^{[ 1 ] [ 2 ]}

アームストロングの「アームストロングねじ式」閉鎖機構は、砲弾と火薬の推進剤を布袋に入れて中空の閉鎖ねじを通して装填し、重いブロックを火薬室の後ろの溝に下ろし、閉鎖ねじをブロックにしっかりとねじ込んで固定するという仕組みだった。ブロックの表面にあるカップが火薬室の表面にある凹んだリングに押し込まれることで、ある程度の閉塞が実現された。このシステムは、後にクルップ社が水平型と垂直型の両方で使用した垂直スライド式ブロックと実質的に同じだったが、決定的な違いは、アームストロングが火薬を金属製の薬莢に装填するという進歩を遂げなかったため、完全な閉塞が不可能だった点である。

達成された閉塞は、砲撃の力ではなく手作業に依存していたため、不確実で、不健全な原理に基づいており、大型砲には不向きであった。アームストロングねじ式閉鎖砲は当初、イギリス陸軍とイギリス海軍に採用されたが、最大速度が限られているために砲弾の装甲貫通力が限られていること、閉鎖ブロックが砲から吹き飛ぶことによる安全上の懸念、砲手に要求される高度な技能レベルなどから、イギリス政府は1865年から1880年まで施条式前装砲に戻した。1880年、イギリスはついに信頼性の高いねじ式閉鎖機構を配備した。

大日本帝国陸軍は戊辰戦争でアームストロング砲を用いて会津城下町を壊滅させ、住民を速やかに降伏させた。また、イギリスのアームストロング軽野砲は第二次アヘン戦争で中国軍に対して致命的な威力を発揮した。しかし、イギリス陸軍と海軍は、より大型で高出力、かつ安全な閉鎖機構を備え、操作が比較的容易な後装式砲が開発されるまでは、前装式砲に戻ることを好んだ。

ヨーロッパでガトリングガン社の販売代理店として働いていたアメリカ人エンジニアのルイス・ウェルズ・ブロードウェルは、袋装填式RBLの紙粘土製の閉塞カップを金属製のガスリングに置き換え、1861年にその発明の特許を取得し、後に1864年と1866年にそれを改良しました。ほとんどの国はブロードウェルに設計料を支払いましたが、ドイツではクルップ社がそれを盗んで無料で使用しました。^{[ 3 ]}

その間、フランスは前装式砲よりも装填速度が速く、高威力で安全性が高く、かつ砲身閉塞の問題を解決できる後装式砲の開発に尽力した。1875年に開発されたラヒトル95mm砲は、断続ねじ式閉鎖機構を備え、最初の3つの要件をほぼ満たし、砲身閉塞の問題も部分的に解決した。

最終的に、 1877年に導入されたド・バンジュ方式は、グリースを含浸させたアスベストパッドが発射時に膨張して薬室を密閉することで、閉鎖問題を解決した。ド・バンジュ方式は、現在に至るまで、それ以降のすべてのねじ込み式薬室の閉鎖方式の基礎となった。イギリスは、劣った「アームストロングカップ」閉鎖方式の初期実験を経て、1880年代初頭に後装式銃に回帰した際に、ド・バンジュ方式を採用した。

イギリス、フランス、アメリカはほとんどの口径でねじ式閉鎖機構を好んだが、最初に採用されたド・バンジュ式断続ねじの主な欠点は、閉鎖ブロックの円周の半分しかねじを切ることができないため、閉鎖ブロックをかなり長くする必要があり、発射後に安全に閉鎖するには3つの別々の動作（回転させてねじを緩める、ねじを引き込む、横に振る）が必要だったことである。装填には、この3つの動作を逆に行う必要があった。そのため、これは「3動作ブロック」と呼ばれ、操作が遅かった。

アクセル・ウェリンは、ロンドンでトールステン・ノルデンフェルトのもとで武器設計者として働いていた1889年から1890年にかけて、段付き断続ねじ式のウェリン式閉鎖装置でこの問題を解決しました。この閉鎖装置は、直径が段階的に大きくなるねじ山を備えており、ねじ山が半分だけ切られているのではなく、ねじ山の割合は段数 / (1 + 段数)となります。つまり、大型砲の閉鎖装置に4段のねじ山があれば、ねじ山の80%が切られていることになり、ねじ、ひいては閉鎖装置自体をはるかに短くすることができました。これにより、閉鎖装置を2つの動作でねじを緩めて振り出すことが可能になり、これが「2動作断続ねじ式」閉鎖装置となりました。

また、1890年代初頭には、ボフォース社のアーレント・シルヴァースパーレが、アームストロング式と同様に、ねじを抜き取ってから横に振る必要をなくした尖頭ねじ式閉鎖器を発明した。ボフォース社はこの方式を20世紀に入っても中型砲に採用し続けた。エルスウィック式円錐ねじ式閉鎖器も、概念的には非常によく似ている。

一方、ドイツのクルップ社は、 16インチ（410mm ）までの艦砲に、ねじ式閉鎖器ではなく「水平スライドブロック式」閉鎖器を採用した。これは、オリジナルの「アームストロングねじ」といくつかの点で類似しており、砲弾と火薬カートリッジは閉鎖器の後端の開口部から砲身内に挿入され、鋼鉄製のブロックが閉鎖器に切り込まれた水平の溝にスライドして押し込まれ、閉鎖器の後端が閉じられる仕組みだった。  

しかし、アームストロングとは異なり、クルップは火薬推進剤を大型ライフル弾薬によく似た金属製薬莢に装填し、発射時に薬室壁に押し付けられて膨張し、効果的に砲尾を密閉した。水平型と垂直型の両方があるスライドブロックと金属製薬莢は、第二次世界大戦後までドイツ軍の砲尾システムとして好まれ（例：7.5cm Pak 40）、現在でも一部の近代砲で使用されている。

最初の速射式軽砲は、 1880年からイギリスで製造された1インチ・ノルデンフェルト砲である。この砲は、1870年代後半から1880年代初頭にかけて出現した小型高速魚雷艇から大型軍艦を守るために特別に設計されたもので、ヘルゲ・パルムクランツが設計した成功を収めたライフル口径のノルデンフェルト手動式「機関銃」の大型版であった。この砲は、硬化処理された先端と真鍮製のジャケットを持つ鋼鉄製の弾丸を発射した。

1880年代半ばには、魚雷艇に対する防御において、47mm口径と57mm口径の新型のホットキス砲とノルデンフェルト砲「QF 」に取って代わられ、 3～6ポンド（1.4～2.7kg）の炸裂する「共通尖頭」砲弾が発射されるようになった。  

フランスのホッチキス社は、1886年から軽量47mm艦砲としてQF 3ポンド砲を製造した。この砲は魚雷艇などの小型高速艦艇に対する防御に最適であり、すぐに英国海軍に「オーディナンスQF 3ポンドホッチキス」として採用された。 ^{[ 4 ]}これはエルズウィック兵器会社によってライセンス生産された。

ホッチキス砲とノルデンフェルト砲はどちらも、弾丸、薬莢、雷管が一体となった単一のカートリッジとして弾薬を装填した。発射時に薬莢が砲尾を密閉し、垂直にスライドする楔（ブロック）が薬莢を所定の位置に固定した。これらの新型砲には、照準の安定性を高める反動制御装置が組み込まれており、一動作での装填が可能で、カートリッジを挿入するとすぐに発射でき、発射後にはカートリッジを排出することができた。これらの特性は「速射砲」の特徴であった。これにより、砲兵の新たな基準が確立され、発射サイクルが分単位ではなく秒単位で計測できるようになった。

1880年代後半から1890年代初頭にかけて、イギリスでは6インチまでのすべての口径に真鍮製の薬莢が使用されていた 。しかし、イギリス設計の速射砲（イギリスの用語では「QF」と呼ばれ、金属製薬莢の装薬と同義語となった）では、引き続きねじ式閉鎖器が使用されていたが、その機能は閉鎖ではなく、単に薬莢を所定の位置に固定することだけであった。6インチ速射砲が生み出す強力な後退力には、できるだけ多くのねじ山を持つしっかりと固定された閉鎖ねじが必要であった。しかし、発射時に薬莢を固定するのに十分なねじ山を持つほど長い基本的な断続ねじでも、発射後に回転、引き抜き、横に振る、そして発射前に逆の動作を繰り返すという3つの別々の動作が必要であった。

エルスウィック兵器会社（アームストロングの兵器部門）は、先端に向かって直径が一定ではなく減少する円錐形の断続ねじを開発した。これにより、2回目の「引き抜き」動作が不要になり、回転と横へのスイングという2つの動作だけで済むようになった。しかし、この方式は短命に終わり、イギリスは発売後数年以内に、ウェリン式段付き断続ねじを使用した装薬袋を、 5インチ（130mm ）以上のすべての砲に採用した。