Сейчас еще раз прошерстили конфиги и скрипты.
Лог крутится через newsyslog, в конфиге в обработке последней строчки указан pid-файл - т.е. в этот момент nginx должен получить от него сигнал HUP. Далее в скрипте логи переименовываются, зипуются и еще раз nginx-у отправляется сигнал HUP.
Достаточно долгое время схема работала без сбоев.
Есть гипотеза, что из-за высокой нагрузки и задержки ответа бекенда nginx подвисает из-за двух HUP-ов. Может быть по другой причине...