Övergreppet inträffade den 1 oktober förra året.
Flera andra barn ska ha befunnit sig i rummet när mannen utförde den grova våldtäkten mot ett av barnen på förskolan.
I början nekade han till brott, men erkände senare i förhör.
– Det har skakat om oss alla, djupt, sa Henrik Ljungqvist som är skolchef i Flens kommun, under en presskonferens.
Mannen, som är i 20-årsåldern, yrkade på att fängelsestraffets tid skulle sänkas till under straffminimum för gärningen.
Men hovrätten fastställer nu tingsrättens dom på fem års fängelse.