AMUMUさま有力な情報どうもです。
調べてみてもrenameは見つからなかったのに、なんか残っているっぽいなぁ〜と疑っていました。
やっぱり残るんですね。

また、今更ながらですが・・・
ファイルサイズがMAXサイズに全然達していないログファイルがチラホラできあがっておりました。
原因はfile_exists()で、キャッシュを読み込んでしまっているため、何度もローテーションが発生していた為です。

clearstatcache()呼びまくるのも考えものなので、できればphpの
・realpath_cache_size
・realpath_cache_ttl
の設定を変更して試そうかと思いますが、0にしちゃうと他の処理で問題がありますでしょうか？